lukyanov-взрывные работы

При поисково-разведочных работах находят применение передвижные компрессорные станции, которые перевозят с одного объекта на другой. Эти станции подразделяют на два типа: прицепные и переносные. Прицепные станции монтируют на одноили двухосных прицепах, снабжённых поворотным устройством, тормозной системой, рессорной подвеской и колёсами на пневмоходу. Такие станции к месту работы буксируют автомашиной или трактором.

Переносные станции монтируют на раме без колёс и на место работ их доставляют с помощью средств автотранспорта или перемещают волоком по земле. По роду привода передвижные компрессорные станции подразделяют на станции с двигателями внутреннего сгорания или электрическими двигателями. На передвижных компрессорных станциях используют компрессоры с малой (до 3 м3/мин) и средней (до 10 м3/мин) подачей при давлении до 1 МПа.

Наибольшее распространение получили поршневые и винтовые компрессоры. Передвижные прицепные компрессорные станции с поршневыми компрессорами двухступенчатого сжатия и воздушным охлаждением (ЗИФ-55, ЗИФ-51, ДК-9М, ПК-10 и др.) обеспечивают производительность 4,6…10,5 м/мин при рабочем давлении 0,6…0,7 МПа. Компрессоры имеют бензиновый (ЗИФ-55), дизельный (ДК-9М, ПК-10) или электрический (ЗИФ-51) двигатель и от трёх до шести раздаточных вентилей.

Преимущества поршневых компрессоров, обеспечившие их широкое применение при горно-разведочных работах, следующие: надёжность, высокий КПД и длительный срок службы (кроме поршневых компрессоров, в некоторых геолого-разведочных партиях используют ротационные

ивинтовые компрессоры с меньшими основными размерами и массой – ЗИФ-ПР-6, ПР-10, ПВ-10 и ЗИФ-55В с подачей от 5,5 до 10 м3/мин при давлении 0,7 МПа, имеющие дизельный или бензиновый двигатель мощностью около 75 кВт).

Квспомогательному оборудованию компрессорных установок относятся воздухосборники (ресиверы), устройства для охлаждения воздуха

иконтрольно-измерительная аппаратура. Воздухосборник необходим для сглаживания колебаний давления воздуха, которые являются следствием прерывистого характера подачи его поршневым компрессором. Воздухосборник представляет собой стальной цилиндрический резервуар с патрубками для ввода и вывода воздуха и с краном для выпуска конденсата.

Коэффициент полезного действия пневматических установок ниже электрических, однако, пневматические установки более безопасны в обслуживании, просты в эксплуатации, надёжны в работе.

121

Применение электросвёрл для бурения шпуров обусловлено наличием на месте производства работ электрической энергии (отметим, что кроме электросвёрл электрическими приводами снабжены многие машины, используемые при проведении горных выработок).

При горно-разведочных работах в качестве местных источников электроэнергии используют электрические станции, оснащенные бензиновыми или дизельными электроагрегатами различной мощности.

Бензоэлектрические агрегаты выпускают мощностью от 1 до 12 кВт. Они представляют собой комплекс из трёхфазного генератора, карбюраторного двигателя, блока аппаратуры управления и рамы с кожухом.

Параметры бензоэлектрических агрегатов приведены ниже.

Примечание. I. Первая цифра типоразмера бензоэлектрического агрегата обозначает мощность (кВт), вторая – напряжение питания (В). 2. Частота питающего напряжения 50 Гц.

Электроагрегаты с дизельными двигателями серии АД выпускают мощностью 5…200 кВт и массой от 700 до 3 760 кг.

Помимо электроагрегатов при производстве горно-разведочных работ применяют передвижные электростанции с дизельными двигателями. электростанции мощностью до 20 кВт монтируют аналогично компрессорным передвижным станциям на одном четырёхколёсном прицепе.

Иногда на геолого-разведочных работах используют стационарные электростанции мощностью от 50 до 500 кВт, которые состоят обычно из нескольких дизельных электрических агрегатов. При электроснабжении геолого-разведочных работ от ЛЭП применяют понижающие трансформаторные подстанции. Трансформаторные подстанции подразделяют на передвижные и стационарные.

Вырабатываемый компрессором сжатый воздух подаётся к потребителям по воздухопроводной сети (трубопроводам диаметром от 20 до 320 мм) и воздухопроводным рукавам (шлангам) диаметром 10…50 мм. Трубы диаметром до 50 мм соединяются резьбовыми муфтами. При большем диаметре соединение производится фланцами с болтовым соединением. Прокладки в местах соединения труб выполняются из резины, клингерита, асбеста и картона. Основные магистральные трубопроводы соединяют сваркой. По трассе трубопроводаустанавливаютмаслоотделители.

К воздухопроводным сетям предъявляют ряд требований: они должны быть герметичными, иметь малое сопротивление движению сжатого воздуха

122

и диаметр труб, соответствующий пропускаемому количеству воздуха. В качестве запорных устройств на трубах устанавливают вентили или задвижки. Энергетические параметры сжатого воздуха при движении его по трубопроводуснижаютсязасчётаэродинамическихпотерьиутечекватмосферу.

Общие допустимые потери давления воздуха в воздухопроводе не должны превышать 15 %.

При прокладке трубопровода необходимо соблюдать следующие требования. Прокладка трубопровода должна производиться по кратчайшему пути. На поверхности трубы следует укладывать с уклоном 0,005 в сторону движения воздуха, а в подземных выработках уклон должен составлять 0,003. Количество арматуры в трубопроводе должно быть минимальным. Трубы, используемые для прокладки в шахте, подлежат гидравлическому испытанию на давление, в 2,5 раза превышающее нормальное рабочее давление воздуха. При прокладке не допускается провисаний трубы во избежание скопления в ней воды. Воздухопровод в шахте должен быть заземлён через 500 м. Каждый участок ответвления от главной магистрали должен иметь запорный вентиль или задвижку.

Прокладка жестких воздухопроводов в горизонтальных и наклонных выработках осуществляется на кронштейнах, на подвесках-хомутах, по почве у стенки выработки, противоположной людскому проходу.

В вертикальных выработках (стволах шахт, шурфах) трубы прикрепляются при помощи хомутов к деревянной крепи или расстрелам. Трубопроводы также могут подвешиваться на канатах.

Контрольные вопросы

1.С какой целью применяются компрессоры при бурении?

2.Какие типы компрессоров Вы можете назвать?

3.Какие требования предъявляются к воздухопроводным сетям?

1.8.Организация работ при бурении шпуров и скважин

На ритмичность работы геолого-разведочных и горных предприятий оказывает влияние форма организации труда, которая должна соответствовать техническому уровню производства.

Для обеспечения согласованной, чёткой и бесперебойной работы как бурового, так и взрывного цехов разрабатываются и осуществляются организационно-технические мероприятия.

Исходя из конкретных горно-геологических, физико-механических и структурных особенностей массива выбираются наиболее эффектив-

123

ные способы и методы ведения буровзрывных работ, современные высокопроизводительные буровые станки, зарядные, забоечные машины и водооткачивающие установки, соответствующие применяемой технологии ведения горных работ.

Используются методы автоматизированного расчёта параметров на обуривание и взрывание блока, планирование их типа и количества с учётом продвижения фронта работы, изменения физико-механических свойств пород, структурных особенностей массива и обводнённости по горизонтам и временам года.

Применяются эффективные методы ремонта буровых станков и зарядных машин, включая мероприятия по регулярному плановопредупредительному осмотру и ремонту оборудования.

Ритмичность в работе буровых станков достигается в результате чёткой организации обслуживающих их рабочих (бесперебойное снабжение электроэнергией, регулярная подача запчастей и бурового инструмента, создание благоприятных условий труда и отдыха).

Очень важную роль играет наличие чёткого графика доставки бригадам бурового инструмента и материалов, ликвидирующего простои. На геолого-разведочных и горных предприятиях оборудуются передвижные мастерские, служащие также для хранения инструмента, смазочных материалов, мелких запчастей.

Наилучшие технико-экономические показатели работы достигаются там, где коллективы участков используют внутренние резервы производства, осуществляют замену устаревшего оборудования, контроль за качеством оборудования и поддержанию взрывных скважин. Большое значение для ритмичной работы забоев, участков и горного предприятия в целом при добыче скальных горных пород с применением буровзрывной техники имеют качество обуривания и поддержание взрывных скважин. Несоответствие параметров сетки скважин паспортным данным, неудовлетворительное состояние скважин, недобуривание, перебуривание, засорение взорванной горной массы значительно ухудшают её качество, нарушают ритмичность работы горного предприятия.

Перебуривание взрывного блока требует дополнительных трудовых, энергетических и материальных затрат, что значительно увеличивает себестоимость буровых работ.

Контроль и поддержание взрывных скважин важны в основном на открытых горных работах, где применяются скважины диаметром 190…320 мм. На подземных работах для взрыва небольших объёмов гор-

124

ной массы применяются шпуры или скважины диаметром 32…105 мм, которые более устойчивы и не требуют особых мер по поддержанию.

На карьерах горно-химического сырья, стройматериалов, горнорудной и угольной промышленности СНГ ежегодно перебуривается около 10 % взрывных скважин.

На современных карьерах в один приём взрывают около 500 тыс. м3 горной массы. Обуривание такого большого объёма взрывного блока осуществляется в течение 1,5–2 месяцев, заряжание и забойка производятся в течение недели.

Как видно, взрывные скважины стоят до взрыва в течение двух и более месяцев после того, как они были пробурены.

Трудоёмкость работы по содержанию взрывных скважин зависит от многих причин, а именно: физико-механических свойств пород, трещиноватости массива, обводнённости месторождения, климатических условий, объёма взрываемого блока, организации надзора и ухода за взрывными скважинами, крепления скважин и укрытия их деревянными щитами и др.

Самая высокая трудоёмкость и стоимость перебуривания взрывного блока имеют место при неустойчивых породах (категории I и II) и менее – в породах средней устойчивости и устойчивых (категории III, IV и V).

Опыт работы горных предприятий показывает, что основными путями снижения трудоёмкости поддержания взрывных скважин являются: замена станков ударно-канатного бурения станками шарошечного бурения; крепление скважин химическими методами, обсадными трубами; применение защитных щитов, предохраняющих скважины от заваливания.

Осмотр, контроль и уход за взрывным блоком позволяют установить условия неустойчивости скважин, наметить необходимые мероприятия по их устранению, а также предупредить повреждения взрывных скважин от воздействия массовых взрывов и климатических условий.

При взрывании небольших (10…30 тыс. м3) объёмов горной массы может быть применён метод непосредственного заряжания скважин сразу же после обуривания. Указанные мероприятия обеспечивают значительный рост производительности труда и повышение технико-экономических показателей бурения скважин.

Главным условием совершенствования буровых работ геологоразведочных и горных предприятий является улучшение организации процесса бурения. Важная проблема организации производства – рациональное использование рабочего времени. Снижение потерь и увеличение чистого временибурения– основнойисточникростапроизводительноститруда.

125

Кроме непосредственного бурения скважин осуществляется целый комплекс вспомогательных операций: опускание и подъём бурового инструмента, наращивание и рассоединение бурового става, чистка скважин, замена и заточка породоразрушающего инструмента и т. п. Время, затрачиваемое на выполнение этих операций, определяется видом бурения (ударное, вращательное, ударно-вращательное, термическое, гидравлическое и т. д.), длиной штанг, уровнем механизации подачи бурового инструмента на забой, расстоянием между обуреваемыми скважинами и др.

Потери рабочего времени при бурении шпуров и скважин составляют примерно 30…35 %. При этом более чем 2/3 суммарных потерь возникают в результате несовершенства организации буровых работ (например, перевоз станков от скважины к скважине, несвоевременное снабжение запчастями и материалами и др.).

Совершенствование организации технического обслуживания буровых станков приводит к снижению потерь времени на 10 %, что в среднем увеличивает производительность шарошечного станка на 13 % и огневого – на 10 %.

Главными направлениями повышения производительности станков являются также новые конструктивные и технологические решения, повышающие скорость бурения, увеличивающие стойкость бурового инструмента и сокращающие время вспомогательных операций. Последнему способствуют полная механизация всех операций, автоматизация процесса бурения и совершенствование организации буровых работ.

Контрольные вопросы

1.Какие организационно-технические мероприятия разрабатываются при бурении?

2.Что обеспечивает ритмичность в работе буровых станков?

3.Как уменьшить потери рабочего времени при бурении?

126

РАЗДЕЛ II. ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА И ДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВА В СРЕДЕ

ГЛАВА 2 ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВЗРЫВА И ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА

2.1. Краткий обзор истории развития взрывного дела

История развития взрывных работ непосредственно связана с созданием, производством ВВ и средств их инициирования, созданием средств бурения, разработкой классификации горных пород для оценки их сопротивляемости разрушению при бурении и взрывании, разработкой теории детонации ВВ и разрушения горных пород, развитием промышленности по добыче скальных полезных ископаемых.

Первым известным взрывчатым веществом был черный порох, использовавшийся с давних пор в Китае для фейерверков, а с XI в. арабами в военных целях. Примерно в XIV в. чёрный порох стали применять в Западной Европе и России для огнестрельного оружия и разрушения военных укреплений.

Первый завод по промышленному изготовлению пороха на Руси был построен вМоскве в1494 г. В1552 г. при ИванеГрозномбылвзорван заряд из48 бочекчёрногопорохадляразрушениякрепостныхстенКазани.

Горная летопись свидетельствует, что порох в горном деле начали применять в 1627 г. в Венгрии. В России для гражданских целей порох впервые был использован для расчистки русла р. Неман в 1548–1572 гг.

Чёрный порох господствовал свыше пяти веков, вплоть до XIX в. Взрывные работы с применением чёрного пороха проводились следующим образом. Заряд пороха засыпали в шпур и вводили в заряд железный прут так, чтобы его конец выходил из шпура. Затем шпур забивали глиной, прут вынимали, а образованное отверстие в забойке заполняли порохом, образуя огнепроводный канал. В устье шпура размещали кусок скомканной бумаги, обеспечивающей задержку от момента её поджигания до воспламенения пороха. Для воспламенения зарядов применялись камышовые трубки, заполненные порохом.

Бурное развитие промышленности во второй половине XIX в. способствовало созданию и производству новых ВВ и средств инициирования. В 1800 г. в Англии Говардом была открыта гремучая ртуть. В 1812 г. в Рос-

127

сии П.Л. Шилинг впервые применил электрический воспламенитель для взрывания зарядов; в 1831 г. в Англии У. Бикфорд изобрёл огнепроводный шнур, которыйснекоторымиизменениямиприменяетсядосихпор; в1845 г. в Германии Ф. Шенбайн открыл коллоидный хлопок; в 1847 г. в Италии А. Собреро изобрёл нитроглицерин; в 1853 г. в России Н.Н. Зинин и В.Ф. Петрушевский предложили ВВ на основе нитроглицерина, аналогичное по составу динамитам, которые запатентованы в 1864 г. шведом А. Нобелем. В 1865 г. капитаном Д.И. Андриевским предложен первый детонатор в деревянной гильзе; в 1867 г. А. Нобель запатентовал детонатор в виде заряда гремучей ртути в медной гильзе; в 1863 г. был впервые получен тротил, взрывчатые свойства которого были определены только в 1891 г., а производство ВВ в России началось с 1909 г.; в 1867 г. шведскими химиками И. Ольсеном и И. Норбином были предложены и запатентованы ВВ на основе аммиачной селитры, близкие по составу современным аммиачноселитренным ВВ. Нобель купил этот патент и более чем на 20 лет задержал внедрение аммиачно-селитренных ВВ в горную промышленность. Массовое производствоаммонитоввбывшемСССРначалосьв1929 г.

Для инициирования зарядов в 1879 г. был предложен детонирующий шнур, хлопчатобумажная оболочка которого была начинена гранулированным пироксилином.

В1885 г. в качестве ВВ начали использовать пикриновую кислоту, которую длительное время до этого использовали как краситель тканей. С 1877 г. применяется тетрил, который в настоящее время является основным вторичным инициирующим ВВ.

В1897 г. был открыт гексоген, а в 1920 г. установлено, что это соединение является ВВ. Высокие взрывчатые свойства, химическая стойкость и сравнительно простая технология производства привели к тому, что гексогенстали производитьвбольшихколичествах во многихстранахмира.

В1891 г. был синтезирован тэн, представляющий собой азотнокислый эфир многоатомного спирта пентаэритрита. Из нитроэфиров это наиболее стойкое взрывчатое вещество. Тэн является одним из мощных ВВ, для производства которого имеется практически неограниченная сырьевая база. В настоящее время тэн применяют главным образом при производстве электродетонаторов, промежуточныхдетонаторовидетонирующегошнура.

В1892 г. Д. И. Менделеев разработал составы и технологию изготовления бездымных порохов. В 1900 г. был предложен комбинированный капсюль-детонатор из гремучей ртути и тротила. С 1913 г. в капсюляхдетонаторах стали использовать азид свинца и тенерес. С 30-х гг. в бывшем СССР происходит постепенная замена нитроглицериновых динамитов на более безопасные ВВ на основе аммиачной селитры: аммониты (смесь тротила, аммиачной селитры и горючего) и динамоны (смесь се-

128

литры и горючего). Эти ВВ к концу 50-х годов стали основными для карьеров.

Большая заслуга в разработке аммонитов и динамонов принадлежит канд. техн. наук В.А. Ассонову. Динамоны, известные с 30-х гг., особенно широко применялись в период Великой Отечественной войны, когда страна испытывала недостаток в ВВ. С 1953 г. динамоны не применяются из-за расслаиваемости заряда в скважине при заряжании. К применению простейших ВВ, не содержащих тротил, отечественная промышленность приступила снова в конце 50-х гг. на основе работ академика Н.В. Мельникова, профессора Г.П. Демидюка и других специалистов, исследовавших взрывчатые свойства смеси гранулированной аммиачной селитры и солярового масла, получившей название игданит. Принципиальным отличием игданитов от ранее применявшихся ВВ явилось их изготовление из невзрывчатых компонентовнепосредственнонагорныхпредприятиях.

Разработкой и внедрением оксиликвитов занималась группа ученых и инженеров – Л.Н. Марченко, М.М. Фугзан, К.И. Иванов и др. Непрерывный рост объёмов работ на новостройках страны после войны обусловил новые разработки в области создания взрывчатых веществ и широкое их внедрение в промышленность.

С середины 50-х гг. в СССР была начата разработка группы более совершенных аммиачно-селитренных ВВ заводского изготовления: мощных скальных аммонитов с добавками гексогена, грубодисперсных гранулитов и граммонитов (ранее называвшихся зерногранулитами), водосодержащих акватолов, ифзанитов и горячельющихся ВВ. Пониженная по сравнению с порошкообразными ВВ чувствительность, хорошая сыпучесть и незначительное пыление при заряжании гранулированных ВВ позволили успешно решать задачи комплексной механизации взрывных работ на карьерах и рудниках. Для инициирования зарядов ВВ пониженной чувствительности созданы промежуточные детонаторы в виде прессованных или литых тротиловых шашек. Для взрывания обводнённых массивов с проточной водой созданы гранулированные тротил (гранулотол) и алюмотол. Разработаны и широко внедрены пиротехнические замедлители КЗДШ для короткозамедленного взрывания нескольких зарядов с помощью ДШ. Разработаны более совершенные детонирующие шнуры в пластиковой оболочке.

Первые известные эмпирические зависимости по расчёту величин зарядов взрывчатых веществ были предложены в 1669 г. французским маршалом и учёным Вобаном. Формулы, выведенные для условий взрывания грунтов и образования воронок определённых размеров, в дальнейшем стали применять в горном деле.

129

В1749 г. М.В. Ломоносов впервые объяснил явление взрыва и его действие на окружающую среду, а первый труд в России по технологии изготовления ВВ опубликовал в 1799 г. А.А. Мусин-Пушкин. В 1871 г. М.М. Боресков на основе работ М. М. Фролова предложил формулу для расчёта зарядов на выброс, которая широко используется до настоящего времени.

В1918 г. при Главном военно-инженерном управлении РККА были созданы первые команды взрывников, на основе которых был организован Взрывштаб ГВИУ. Через некоторое время он был реорганизован во Взрывсельпром, на базе которого в 1931 г. была создана одна из ведущих организаций по буровзрывным работам в строительстве – трест Союзвзрывпром.

Советские учёные – академики Н.Н. Семенов, Я.Б. Зельдович, Ю.Б. Харитон, М.А. Садовский, М.А. Лаврентьев, Н.В. Мельников, чл.-корр. АН СССР Л.Я. Компанеец и другие выполнили цикл фундаментальных работ по описанию сущности детонации зарядов ВВ, действию взрыва в непосредственной близости от заряда и на разных расстояниях от него. Большой вклад в анализ физических явлений, связанных с действием взрыва на горную породу, а также в создание методов расчёта зарядов для различных условий сделали д-ра техн. наук А.Ф. Беляев, Ф.А. Баум, Б.М. Шехтер, К.К. Андреев, Г.П. Демидюк, М.М. Докучаев, Э.О. Миндели и др.

Интересные работы по моделированию действия взрыва методами электрогидродинамических аналогий (ЭГДА) выполнены профессором О.Е. Власовым.

Фундаментальные исследования механизма разрушения горных пород взрывом проведены профессором Г.И. Покровским и развиты в трудах профессоров А.Н. Ханукаева, В.Н. Мосинца, Б.Н. Кутузова, Ф.И. Кучерявого, М.Ф. Друкованого, чл.-корр. АН УССР Э.И. Ефремова и др.

Под руководством профессораИ.А. Остроушко выполнен комплекс работ, связанныхсмеханизациейзаряжанияскважиникамерразличнымиВВ.

Неоспорим приоритет советских ученых и инженеров в разработке теории и применении крупных взрывов на выброс и сброс в горном деле, гидротехническом и мелиоративном строительстве. Большую работу по развитию и совершенствованию взрывов на выброс проводил Союзвзрывпром.

Значительный вклад в теорию взрыва и инженерную практику взрывных работ внесли зарубежные ученые М. Кук, Ч. Норрен (США), К. Хино (Япония), У. Лангефорс, Р. Густафссон (Швеция).

Внастоящее время многие институты и специализированные лаборатории занимаются исследованиями в области взрывного дела. Ве-

130