lukyanov-взрывные работы

взрывным работам в скважинах и в соответствии с Едиными правилами безопасности при взрывных работах.

С учётом проекта составляют заявки и заключают договора на проведение ПВР, в котором указывают организацию работ, количество персонала, оснащение, аппаратуру, оборудование, материалы и т. п.

Для выполнения ПВР создают специализированные отряды или партии: грунтоносные, торпедированные и т. п. Для проведения работ отряду или партии на основе заявки заказчика выдаётся технический проект на ПВР, в соответствии с которым выдаются наряд-путевка на получение и расход ВМ, необходимые аппараты, ВМ, приборы и другие материалы. Отряд (партия) проводит и завершает ПВР на основе технического проекта и оформляет результаты работ соответствующими документами.

Отказы могут произойти в результате несоблюдения технических правил при выборе, подготовке, заряжании и сборке скважинных аппаратов и приборов, подготовке и проведения ПВР в скважине, а также при несоблюдении правил подготовки ствола скважины и буровой.

При ПВР наблюдаются следующие осложнения и некачественные результаты: отказ аппаратов, неполноценный отстрел или взрыв аппарата, непрохождение аппарата до заданной глубины, обрыв бойков грунтоносов, обрыв аппарата, неисправность подъёмника и т. п. Отказы при ПВР в основном происходят по причинам некачественных зарядных комплексов, неисправности запальной цепи в аппарате, замыкания ВВ и СИ, закупорки огнепроводных каналов, замыканий во взрывной линии, недостаточного напряжения (импульса) зонального тока и др.

При ПВР также происходят такие аварии, как прихват аппарата, кабеля в месте отстрела или взрыва, а также при спуске или подъёме; обрыв и оставление в скважине кабеля с аппаратом; открытое фонтанирование скважины после отстрела или взрыва и т. п. В данных случаях процесс ПВР, бурения или добычи прерывается на продолжительное время.

Ликвидация аварий в основном производится как методами и средствами перфораторных и каротажных партий, так и методами и средствами буровых и промысловых бригад. На каждую аварию составляется акт с указанием причин и мер ликвидации.

При ведении ПВР персонал должен хорошо знать и строго соблюдать правила обращения с взрывчатым материалом и прострелочновзрывной аппаратурой, а также быть ознакомлен с технической эксплуатацией оборудования и требованиями по организации и проведению ПВР.

Ведение взрывных работ осуществляется строго в соответствии с требованиями Единых правил безопасности при взрывных работах (ЕПБ). Руководство взрывными работами возлагается на технического руководителя предприятия или организации. К производству взрывных работ допускаются лица, сдавшие экзамены квалификационной комис-

381

сии и имеющие Единую книжку взрывника. Особое внимание требуется при обращении с ВМ и заряженными аппаратами. Нельзя по ним ударять, бросать их, нагревать, разбирать взрывные патроны, заряды, аппараты, их части и другие ВМ заводского изготовления. Строго запрещается курить, применять открытый огонь ближе 100 м от места расположения ВМ. Вокруг скважины следует устанавливать опасную зону радиусом 50 м. Входить в эту зону лицам, не участвующим в работе, воспрещается. Радиус опасной зоны может быть сокращен до 20 м после спуска аппарата на глубину до 50 м.

При производстве ПВР должны применяться ВВ и СИ, на которые имеются ГОСты или утверждённые технические условия, а также журнальные постановления Госгортехнадзора.

Все ВВ и СИ, хранящиеся на складах, должны периодически проходить испытания в установленном порядке и при соблюдении сроков.

Отказавшие элементы зарядного комплекта (взрывчатые материалы) следует уничтожать с соблюдением ЕПБ.

При производстве ПВР должны соблюдаться санитарные и гигиенические мероприятия, которые способствуют повышению работоспособности и снижению профессиональных заболеваний.

Поскольку применяемые в скважине ВВ (гексоген, тротил и др.) являются токсичными соединениями, они создают опасность для здоровья работающих. Разнообразные выделения этих ВВ могут попадать через дыхательные органы в виде пыли и паров, при соприкосновении с кожей, вместе с пищей. Во избежание отравления организма при работе с

ВВследует применять индивидуальные средства защиты – респираторы.

Вслучае попадания ВВ на кожу необходимо смывать их холодной водой, перед едой мыть руки с мылом. На всех этапах ПВР должны строго соблюдаться меры пожарной безопасности ИТР и руководителями организаций. Руководители учреждений и организаций обязаны обеспечить создание безопасных и безаварийных условий труда, устранение причин производственного травматизма.

Контрольные вопросы

1.Из каких этапов состоит ПВР?

2.Каким требованиям должны отвечать скважинные аппараты?

3.Кто составляет и согласовывает проект ПВР?

4.Какие осложнения и аварии могут возникнуть при ведении ПВР?

382

ГЛАВА 11 ЯДЕРНЫЕ ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В бывшем СССР и в США проведён ряд экспериментальных ядерных взрывов в промышленности. Они показали, что проведение ядерных взрывов более экономично, чем проведение обычных химических ВВ при разрушении значительных объёмов горной массы. Однако ядерные взрывы требуют применения чрезвычайных мер безопасности, обеспечивающих нераспространение радиоактивных продуктов. Это могут быть специальные оболочки термоядерных зарядов, поглощающие потоки нейтронов; специальные условия взрывания на такой глубине и в таких горногеологических условиях, при которых радиоактивные продукты распада не достигают поверхности земли и не заражают поверхностные воды.

Есть перспективы применения таких взрывов при взрывных работах на вспучивание, при тушении крупных пожаров на нефтегазопромыслах, при использовании геотехнологических методов разработки месторождений – газификация, расплавление, растворение, выщелачивание, возгонка; для вскрытия и массовой отбойки руд на крупных рудниках.

Каждый ядерный взрыв требует специального проектирования, учитывающего физическое и механическое действие взрыва в окружающей среде (плавление, дробление, трещинообразование, технологию размещения и доставки заряда, проведение подготовительных выработок, сейсмическое и радиационное воздействие, экономичность взрывания и т. п. Стоимость ядерного заряда возрастает менее интенсивно при увеличении мощности заряда. Так, по данным США заряд мощностью 10 кг и диаметром 350 мм стоит 350 тыс. долларов, а заряд 100 кг диаметром 450 мм – 500 тыс. долларов, т. е. при десятикратном увеличении мощности заряда его стоимость увеличилась примерно в 1,6 раза.

11.1.Физическое и механическое действия ядерного взрыва

вгорных породах

При ядерном взрыве в породе выделяются четыре фазы (рис. 11.1). Первые две фазы действия взрыва аналогичны взрыву ядерного заряда наружного действия. Основная часть энергии ударной взрывной волны поглощается породой в зоне взрыва в виде тепловой и

383

механической энергии. Часть общей энергии (от долей процента до нескольких процентов) идет на сейсмические колебания.

В конце второй фазы (300 мкс) за ударной волной происходит расширение газового пузыря, сопровождающееся падением температуры, давления, дальнейшее расплавление породы. Сферическая полость расширяется до тех пор, пока давление в ней не станет равным давлению пород на данной глубине.

Рис. 11.1. Схема образования зон обрушения в различные промежутки времени t: а – t = 3 мкс; б – t = 200 мкс; в – t = 300 мкс; г – конечная конфигурация

При взрыве ядерного заряда мощностью 100 кг на глубине 800 м от поверхности радиус полости достигает к этому моменту 50 м, причем внутренняя поверхность полости покрыта слоем расплавленной породы с температурой, которая равна тысячам градусов Цельсия.

Третья фаза начинается с момента выравнивания давления в полости и длится от нескольких секунд до нескольких часов (в зависимости от свойств пород). Расплавленная порода стекает с кровли и стенок полости вниз, унося с собой более 55…58 % радиоактивных изотопов, скапливается в ее основании и затвердевает в виде стекловидного труднорастворимого материала. Трещины в кровле и стенках полости при падении давления приводят к нарушению статического равновесия. После этого наступает четвертая фаза, во время которой происходит обрушение налегающих пород. Образованная полость является компенсационным пространством. Происходит обрушение породы до заполнения компенсационного пространства.

Зонаобрушениявплотныхпородахимеетформувертикальнойтрубы.

384

Формирование трубообразной зоны обрушения может иногда длиться до нескольких месяцев в зависимости от свойств пород. Коэффициент разрыхления обрушенной породы составляет 1,3–1,35. В рыхлых породах плотностью, близкой плотности обрушенного в полость материала, эта зона может достигнуть поверхности, образуя на поверхности провальную воронку.

При проектировании ядерных взрывов необходимо рассчитывать радиус полости, высоту трубы разрушения, объем породы, раздробленной взрывом и заполняющей трубу обрушения, размеры зоны трещиноватости.

Параметры трубы разрушения зависят от мощности заряда, глубины его заложения и свойств пород.

Радиус полости Rп определяется по формуле

где с – константа, зависящая от типа породы (для гранита с = 60, наносов – 66, туфа – 78); ρ – плотность породы, кг/м3; h – мощность покрывающих пород, м;

Высоту трубы можно определить и по следующей формуле:

Hт = kRп ,

где k – коэффициент, зависящий от свойств пород (для доломита k = 3,2, для туфа – 6,8).

Зона раздробленных пород Rp = 1,4Rп. Зона трещиноватости Rт = (3…4) Rп.

В некоторых породах, таких как каменная соль, труба обрушения не образуется.

Контрольные вопросы

1.Какие фазы ядерного взрыва в породах Вы знаете? Чем они характеризуются?

2.Как рассчитываются зоны разрушения при ядерном взрыве?

3.Для каких целей могут применяться ядерные взрывы в промышленности?

4.Как обеспечивается безопасность проведения ядерных взрывов?

385

11.2. Ядерные взрывные работы при подземной разработке полезных ископаемых

С максимальной эффективностью ядерные взрывы при подземной отбойке руд могут применяться при системах разработки с массовым обрушением. В этом случае образуется труба обрушения, которая будет заполнена раздробленной рудой. Выпуск раздробленной руды из трубы обрушения приводит к пополнению её запасов, так как происходит самообрушение зоны интенсивной трещиноватости.

Элементы и параметры системы разработки выбирают на основе конкретных горно-геологических условий и параметров механического действия ядерного взрыва. Варианты технологических схем ядерных взрывов могут быть различными: заряды располагают через определённые расстояния, взрывают последовательно или разбивают рудное тело на секции и в каждой секции устанавливают группу зарядов.

11.3. Вопросы безопасности проведения промышленных ядерных взрывов

При проведении ядерных взрывов наибольшую опасность представляют следующие факторы: радиоактивное заражение атмосферы, наземных и подземных вод, интенсивные сейсмические колебания, воздушная ударная волна и др.

Радиоактивность возникает в результате деления тяжёлых ядер, образующих радиоактивные изотопы, и реакции синтеза легких ядер, производящей 3Н и 7Ве. Взаимодействие нейтронов, образующихся при взрыве,

с материалом ядерного устройства создает наведенную активность с образованием 203Рb, 59Fе, 55Fе, а при взаимодействии с породами – 24Nа.

Максимальная доза облучения человека в СНГ равна 100 мР в неделю или 2,8 мР/ч. В США установлены другие нормы. По этим нормам каждый человек не должен получить в течение года дозу сверх допустимого предела.

Для снижения уровня радиации применяются так называемые «чистые» ядерные устройства, в которых на 95…99% используется реакция синтеза (термоядерные реакции) и только на 1…5% – реакции деления. В качестве оболочек ядерных зарядов целесообразно использовать материалы, содержащие нейтронные отражатели, для поглощения выделяющихся при ядерном взрыве нейтронов. При взрывах в карбонатных породах рекомендуется поверхность зарядной камеры футеровать кварцевым песком для улавливания радиоактивных продуктов деления стекловидным расплавом.

386

Большое значение имеет фактор времени, позволяющий естественным путём уменьшить степень радиоактивности.

Заряды необходимо закладывать на глубине, обеспечивающей максимально возможное захоронение радиоактивных продуктов под землей при данных условиях полезной работы взрыва. Многие специалисты считают, что заражение атмосферы радиоактивными частицами от подземных взрывов незначительно.

Сейсмическое действие ядерного взрыва во многом определяет возможность проведения и эффективность использования подземных ядерных взрывов в уже освоенных промышленных районах. Интенсивность сейсмических волн при ядерном взрыве зависит от мощности заряда, горно-геологических условий района и расстояния.

Контрольные вопросы

1.Какие опасные факторы вытекают при взрыве ядерного заряда?

2.Что применяется для поглощения нейтронов при ядерном взрыве?

387

ГЛАВА 12 ОХРАНА ПРИРОДЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

12.1. Влияние разработки месторождений на окружающую среду

При разработке месторождений, как и при горно-разведочных работах, нарушается естественное состояние атмосферы, гидросферы, земной поверхности и недр, однако масштабы этих нарушений и их влияние на окружающую среду более значительны.

Структурная схема изменений в окружающей среде при разработке месторождений полезных ископаемых представлена на рис. 12.1.

Отметив, что в приведенную схему не включены изменения состояния недр в связи с появлением в них подземных полостей и истощением запасов полезных ископаемых, рассмотрим воздействие процесса разработки на воздушную и водную сферы, а также земную поверхность.

12.1.1. Загрязнение атмосферы

При подземной разработке месторождений рудничный воздух является основным загрязнителем атмосферы.

Разработка месторождений

Рис. 12.1. Структурная схема изменений в окружающей среде при разработке полезных ископаемых

388

В рудничном воздухе, выдаваемом на поверхность, главными загрязняющими атмосферу веществами являются газообразные продукты: метан, углекислый газ, оксид углерода, сероводород, оксиды азота. Мероприятия, осуществляемые в горных выработках по обеспыливанию производственных процессов, снижают содержание минеральной пыли в рудничном воздухе, поэтому значительные поступления ее в атмосферу наблюдаются преимущественно только после производства массовых взрывов или в аварийных ситуациях.

Практически непрерывная в процессе разработки месторождений выдача на поверхность большого количества (особенно из газообильных шахт) рудничноговоздухаприводитклокальным загрязнениям атмосферы.

При открытой разработке угольных, рудных и нерудных месторождений с территорий карьеров и внешних отвалов поступают газообразные загрязнители и минеральная пыль, которые в одних случаях являются результатом газовыделений и эрозионных процессов, интенсифицирующихся в нарушаемых породных массивах, в других – следствием выполнения различных производственных процессов.

Значительное количество газопылевых загрязнителей поступает в атмосферу при производстве массовых взрывов, эксплуатации транспортных и технологических машин с двигателями внутреннего сгорания и вследствие пылеобразования при погрузочно-разгрузочных операциях и транспортировании (особенно автомобильном) пород.

При этом загазованность и запыленность воздуха достигают критических значений, и при неблагоприятных климатических условиях, вследствие образования карьерного смога в глубоких разрезах, приходится временно прекращать все работы.

Источником газопылевого загрязнения атмосферы являются породные отвалы (особенно терриконы).

12.1.2.Загрязнение и изменение режимов поверхностных и подземных вод

Загрязнение поверхностных водоёмов происходит в основном в результате сброса в них сточных вод рудников и карьеров, второстепенным источником загрязнения является сток вод (атмосферных осадков) с поверхности породных отвалов. Следует отметить также значительное загрязнение водной среды стоками обогатительных фабрик.

Выделяют две составные части сточных вод рудников и карьеров: технологические и сопутствующие.

Технологическими называют воды, используемые в процессе горных работ для увлажнения, перемещения и разрушения пород, сопутствующими – воды, попадающие в горные выработки из окружающих пород или с поверхности.

389

Количество технологической воды в сточных водах рудников и карьеров обычно невелико, исключением являются геотехнологические способы разработки месторождений, а также дражная и гидравлическая разработки россыпей.

Количество сопутствующих вод зависит от обводненности пород и климатических условий. Технологические воды загрязняются мелкодисперсными минеральными частицами и химическими растворами при бурении шпуров и скважин, пылеподавлении и пылезащите. Сопутствующие воды часто характеризуются высокой минерализацией и кислотностью.

В районах строящихся горных предприятий и разрабатываемых (особенно открытым способом) месторождений значительное влияние на режимы поверхностных и подземных вод оказывают осушительные, дренажные и водоотливные работы. Это изменение режимов приводит к истощению запасов подземных вод, образованию обширных депрессионных воронок, понижению уровня грунтовых вод, увеличению речных стоков. Подчёркивая значимость этих изменений, отметим, что, например, из дренажных систем и карьеров КМА выдают на поверхность многие тысячи кубометров сопутствующих вод в час.

Нарушение земной поверхности. Размещение на земельных от-

водах породных отвалов, расположение на земной поверхности карьеров и траншей, проседание поверхности вследствие обрушения пород в полости выработанного пространства приводят к изменению естественных ландшафтов и снижению площадей продуктивных земель в районах разработки месторождений.

При подземной разработке месторождений распространены терриконы и хребтовые отвалы, при открытой – внешние отвалы, расположенные за пределами контура карьерного поля.

Под внешние отвалы вскрышных работ отводят обширные территории, нередко в несколько раз превышающие площадь поверхности, нарушаемую непосредственно карьером.

Характер деформации подрабатываемой земной поверхности и изменение естественных экологических систем нарушаемых ландшафтов зависят в основном от условий залегания полезных ископаемых, разрабатываемых подземным способом. При этом определяющими факторами являются размеры месторождений, мощность, угол падения и глубина залегания полезных ископаемых. Из технических факторов, влияющих на деформацию земной поверхности, отметим системы разработки и способы поддержания выработанного пространства. В результате деформации земной поверхности на ней образуются мульдоканьоно- и воронкообразные впадины различных глубин и площадей.

390