Глава 13

Дополнительные способы и средства обеспечения безопасности взрывных работ в шахтах, опасных по газу или пыли

Существующий комплекс мероприятий по предупреждению воспламенения горючих смесей включает в себя как способы и средства снижения концентрации газа и пыли до взрывобезопасных пределов, так способы и средства, направленные на устранение условий возникновения источников высокой температуры.

Основным направлением обеспечения безопасности взрывных работ в шахтах, опасных по газу или пыли, является применение предохранительных взрывчатых веществ и электродетонаторов, а также короткозамедленного взрывания. Однако специфика горных работ не в состоянии исключить образование взрывоопасной среды и появление источников ее воспламенения. Поэтому абсолютная безопасность взрывных работ в опасных условиях шахт обеспечивается только в сочетании с дополнительной системой мероприятий взрывозащиты. Такая система способна подавить (локализовать) в начальной стадии развития уже начавшееся воспламенение пыле- или метановоздушной смеси и, тем самым, предупредить развитие взрыва по сети горных выработок с катастрофическими последствиями. Она включает в себя обязательную изоляцию шпура во время взрыва (забойка), снижение взрывоопасности призабойного пространства (осланцевание, орошенние) и создание предохранительной среды (завесы), предупреждающей и в призабойном пространстве локализующей взрывы (вспышки).

13.1. Забойка шпуров. В перечне условий, обеспечивающих высокую степень безопасности взрывных работ в шахтах, опасных по газу или разрабатывающих пласты, опасные по взрывам пыли, одним из наиболее существенных является обязательное применение доброкачественной, тщательно выполненной забойки.

Забойка шпуров – это негорючий материал, размещенный в свободной от заряда ВВ части шпура и обеспечивающий его замкнутость. Запрещается в качестве забойки применять горючие материалы, так как, загораясь или накаляясь в шпуре, они могут повлечь за собой воспламенение метана и угольной пыли после выбрасывания в выработку, что особенно опасно в случае выгорания ВВ в шпурах.

Применяется забойка (рис. 13.1): из пластичных и сыпучих зернистых материалов, гидрозабойка и ингибиторная.

Из пластичных материаловнаиболее эффективна песчано-глинистая смесь, состоящая из одной части жирной глины и трех частей крупнозернистого песка при влажности 14…15% (рис. 13.1,а). Применяется в виде пластичных «пыжей» диаметром 32…36 и длиной 100…150 мм, которые в шпуре (у заряда ВВ) раздавливаются при заряжании на полное его сечение. Как самостоятельный вид ее допускается применять только в пластовых выработках, в которых отсутствует выделение метана и взрывчатая угольная пыль, а также в полевых выработках независимо от метановыделения.

Забойка из сыпучих материалов (песка или гранулированного шлака) подается в шпур с помощью специальных зарядчиков или самотеком (в вертикальные и наклонные шпуры с углом наклона более 60) на полное их сечение (рис. 13.1,б). При прочих равных условиях достигается лучший эффект взрыва, чем в случае песчано-глинистой забойки. Используется только при проходке вертикальных стволов.

Гидрозабойкаприменяется: путем непосредственной заливки воды в наклонные (вертикальные) шпуры (рис. 13.1,б) и в виде водонаполненных полиэтиленовых ампул с обратным клапаном диаметром 37…38 мм, длиной 350 мм и вместимостью 250…280 мл – не менее одной ампулы на шпур (рис. 13.1,в).

Ингибиторнаязабойка выполнена на основе взрывоподавляющего порошка КСВ-30, состоящего из смеси углекислого кальция (мела) и хлорида натрия с добавкой поверхностно активного вещества (ПАВ). Применяется в виде пастообразной массы, содержащей 13…20% воды, которая патронируется в полиэтиленовые ампулы (забойка ПЗМ-3), используемые для гидрозабойки (см. рис. 13.1,в).

Гидрозабойку и ингибиторную забойку допускается применять во всех віработках, в том числе тех, в которых имеется выделение метана и взрывчатая угольная пыль. В выработках, проводимых по нарушенному массиву, и в других взрывоопасных условиях целесообразно применять донно-устьевую гидрозабойку, при которой дополнительно у дна шпура (впереди заряда) размещается ампула гидрозабойки.

Для предотвращения раздвижки патронов, выбрасывания воды и ампул с водой из шпура, а также в целях исключения возможности прорыва в выработку продуктов взрыва по радиальному зазору между стенками шпура и поверхностью ампулы, водяная и ингибиторная забойки должны применяться только в сочетании с запирающей забойкой из глины ил смеси глины с песком длиной не менее 15 см (см. рис. 13.1, в) или из сыпучих крупнозернистых материалов длиной не менее 30 см (см. рис. 13.1,б). В первом случае запирающая забойка должна примыкать к патронированной и полностью перекрывать поперечное сечение шпура, а во втором – располагаться у заряда ВВ.

Назначение забойки шпуров:

а) обеспечение высокого КИШ, а следовательно, максимального использования потенциальной энергии взрыва на отрыв породы, т. е. на полезную работу разрушения.

На первый взгляд кажется, что забойка, имеющая значительно меньшую прочность, чем взрываемый массив, не может оказать достаточного сопротивления давлению газов, образующихся при взрыве ВВ. Однако установлено, что при тех огромных скоростях, с которыми происходит взрыв, забойка оказывает значительное сопротивление и задерживает продукты взрыва внутри шпура на время, достаточное для совершения полезной работы по разрушению массива. В то же время при холостых взрывах продукты детонации ВВ, не успев охладиться, будут выброшены из шпуров в рудничную атмосферу с более высокой температурой и под большим давлением, что увеличивает опасность воспламенения метано- и пылевоздушной смесей. Кроме того, в результате холостых взрывов в массиве породы все же образуются трещины, поэтому повторное бурение, заряжание и взрывание в трещиноватых забоях небезопасно, поскольку трещины могут пересекать заряды ВВ классов и пламя их взрыва, попав в призабойное пространство выработки, может воспламенить взрывчатую метано- и пылевоздушную смесь.

При применении гидрозабойки КИШ повышается до 10%, снижается запыленность на 40…60%;

б) охлаждение раскаленных продуктов взрыва до безопасных пределов за счет теплоотбора и потери энергии при расширении в инертной среде;

в) обеспечение устойчивости детонации шпурового заряда путем: предотвращения раздвижки патронов ВВ в сближенных шпурах; препятствия развитию откольных явлений в шпурах, заполненных водой, и создания условий перехода горения в детонацию. Горение ВВ при определенном давлении (например, для аммонита Т-19 при 60 МПа) может переходить в детонацию. В практике взрывного дела хорошо известен факт повышения устойчивости детонации шпурового заряда при применении прочной забойки;

г) флегматизация рудничной атмосферы призабойного пространства выброшенным из шпуров (в виде аэрозоля) забоечным материалом. Весьма продолжительное время существовало мнение, что внутренняя забойка из глины или смеси глины с песком (из пластичной ингибиторной массы) при взрыве заряда ВВ в шпуре, пробуренном в крепкой породе, выбрасывается из шпура отдельным сплошным куском аналогично пробке, вылетающей из горлышка бутылки. Считалось, что вылетающие вслед за глиняной пробкой газы взрыва имеют высокую температуру и могут воспламенить метан или угольную пыль. Однако скоростная киносъемка показала, что при взрыве заряда забойка из канала выбрасывается в виде потока из отдельных частиц, т. е. в виде аэрозоля забоечного материала, смешанного с продуктами взрыва, что приводит к снижению в определенных условиях взрывания количества образующихся ядовитых газов. Например, гидрозабойка в случае применения ВВVиVIклассов снижает суммарный объем ядовитых газов по сравнению с песчано-глинистой забойкой в 1,5 раза.

Практикой ведения взрывных работ на рудных шахтах Кривбасса установлено, что применение песчано-глинистой забойки по сравнению со взрыванием таких же зарядов без забойки позволяет уменьшить количество ядовитых газов, образующихся при взрыве: в сухих забоях более чем в 2,5, в обводненных – в 1,5 раза.

При взрывании зарядов по углю и по породе забойка должна быть при длине шпуров от 0,6 до 1 м не менее половины длины шпуров; более 1 м – не менее 0,5 м.

Параметры и условия эффективного применения забоечных материалов определены нормативными документами.