РГВ, Пилипец В.И. Часть 1

наименьшему дроблению. Минимальный объем этих зон получается при коэффициенте сближения зарядов m≥ 1./4/.

Разрушение пород зарядами, взрываемыми последовательно

Процесс разрушения пород отдельными зарядами или сериями зарядов, взрываемыми последовательно с определен-

ными интервалами называется короткозамедленным взрыванием.

Короткозамедленное взрывание впервые было применено в 1934—1935 гг. инженером К.А. Берлиным. В дальнейшем короткозамедленное взрывание стало широко применяться в США (с 1945 г.) и Англии (с 1949 г.) с целью снижения сейсмического воздействия взрыва на окружающие выработки и сооружения, а также для улучшения дробления горных пород. На карьерах бывшего СНГ этот метод начали внедрять с 1951 г.

Короткозамедленное взрывание получило широкое распространение при проведении открытых и подземных выработок благодаря присущим ему достоинствам:

-меньшему сейсмическому эффекту взрыва; -лучшему дроблению разрушаемого массива;

-уменьшенной величине разброса от места взрыва разрушаемой породы;

-снижению расхода взрывчатых веществ. Эффективность короткозамедленного взрывания зави-

сит от величины интервала замедления и последовательности разрушения массива, т.е. от схемы расположения зарядов.

Получаемый при короткозамедленном взрывании эффект определяется следующими факторами:

-интерференцией волн напряжений, распространяющихся в массиве от взрыва соседних зарядов с малым интервалом замедления;

-образованием дополнительных обнаженных поверхностей для зарядов, взрываемых со средним интервалом замедления;

-соударением разлетающихся кусков при взрыве соседних зарядов с большим интервалом замедления.

51

Интерференция ударных волн при взрыве происходит тогда, когда направления смещения частиц от действия волн напряжений предыдущего и последующего взрывов совпадают.

Волна напряжений 1 (рис. 5.7), распространяющаяся от заряда Q1, доходит до обнаженной поверхности, отражается от нее, образуя волну растяжения 2, которая распространяется в глубь массива.

В момент времени, когда волна 1 достигает места расположения заряда Q2, он взрывается. При этом волна растяжения от заряда Q1 облегчает отрыв породы взрывом заряда Q2.

Рис.5.7 Схема распространения волн напряжения

При отражении волны 1 от обнаженной поверхности она распространяется

так, как будто была образована мнимым зарядом Q11, расположенным над обнаженной поверхностью на расстоянии W.

Длительность упругих колебаний в массиве породы после взрыва в зоне разрушения не превышает 4—6 мс, в то время как применяемые на практике интервалы замедлений, обеспечивающие улучшение дробления породы, составляют 20—70 мс. В трещиноватых породах на определенном расстоянии от заряда амплитуда волн резко снижается, и их роль в дроблении оказывается несущественной.

Использование волнового эффекта взаимодействия зарядов требует очень точного подбора интервала замедления, поскольку скорость волн напряжений, интенсивность трещиноватости и расстояния между зарядами меняются от заряда к заряду.

Дополнительные обнаженные поверхности образуются в виде трещин в разрушенной части массива и обеспечивают образование в массиве отраженных волн растяжения, увеличи-

52

вающих эффект разрушения, ослабляют массив и облегчают его окончательное разрушение давлением газов взрыва.

Значительный эффект происходит при наличии одной или нескольких обнаженных поверхностей в выработке до взрыва. При взрыве, в сторону обнаженных поверхностей происходит сдвижение породы и ее разрушение.

С увеличением числа обнаженных поверхностей около взрываемого заряда объем разрушения увеличивается примерно пропорционально их числу (рис. 5.8), так как взрыв с точки зрения разрушения происходит в более благоприятных условиях.

Рис.5.8 Схема разрушения породы при различном количестве обнаженных поверхностей

I -одна обнаженная поверхность; II –две; III-три

Дробление породы происходит с увеличением ее первоначального объема и смещением в сторону обнаженных поверхностей. При недостаточной ширине щели разрушение будет затруднено, так как, не успевшая сдвинуться на достаточную величину после первого взрыва, порода будет оказывать дополнительное сопротивление следующему взрыву. Поэтому ширина щели между нарушенной и ненарушенной частями массива должна быть пропорциональна линии наименьшего сопротивления и коэффициенту рыхления данной породы.

Необходимая ширина пространства для получения обнаженной поверхности должна быть (1/20 —1/30)W.

Требуемый интервал замедления в данном случае, при короткозамедленном взрывании находится в пределах (15—75) мс. С увеличением крепости пород интервал замедления уменьшается./4/.

Соударение разлетающихся при взрыве кусков породы

происходит вследствие того, что разные участки породного

53

массива после взрыва получают разные скорости движения и направления разлета. При столкновении кусков происходит их дополнительное дробление. Дробление породы улучшается, если пути разлета кусков породы пересекаются под углом не менее 90°.

При взрывании с замедлением, соударение кусков происходит вследствие того, что передний фронт взорванной породы последующего взрыва, двигающийся со скоростью 20—60 м/с, догоняет задний фронт породы, двигающийся от предыдущего взрыва со скоростью около 3—6 м/с./4/.

Дробление соударяющихся кусков породы происходит при разности скоростей разлета более 15 м/с. На практике при взрыве разность скоростей может быть значительно выше.

При короткозамедленном взрывании процесс разрушения массива зарядами первой очереди аналогичен разрушению взрывом одиночного заряда. В результате действия взрыва призма выброса оказывается раздробленной, а под действием остаточного давления газообразных продуктов взрыва происходит ее сдвижение. Массив в этот период находится в напряженном состоянии.

Таким образом, замедление между сериями взрывов принимается таким, чтобы заряды очередной серии взорвались после того, как закончится разрушительное действие упругих волн, вызванных взрывом зарядов предыдущей серии.

До взрыва очередной серии породный массив должен быть разбит трещинами и насыщен газами, но движение пород еще не должно происходить.

При взрыве второй и следующих очередей с малыми интервалами замедлений в массиве возникает сложная картина интерференции волн напряжений, прямых и отраженных от взрыва последующих зарядов, с остаточными волнами напряжений от взрыва предыдущих.

Время нахождения участка массива в напряженном состоянии увеличивается, происходит уменьшение сейсмического эффекта действия взрыва на окружающие сооружения вследствие одновременного взрыва меньшего числа зарядов, уменьшаются заколы за линию шпуров или скважин.

54

Разновидностью короткозамедленного взрывания является взрывание отдельных частей внутрискважинных зарядов с миллисекундными замедлениями. При этом заряд в скважине разделяется на две-три части и более, и каждая часть инициируется отдельно своим боевиком так, что между частями заряда создаются интервалы замедления (10—20 мс). Таким приемом удается увеличить число очередей взрываемых зарядов и удлинить время воздействия взрыва на массив, в результате чего достигаются лучшие результаты взрыва по дроблению и сейс-

мике./4/.

5.4 Взрывчатые вещества и их классификация

Взрывчатые вещества - химические соединения или механические смеси, способные под влиянием определенного внешнего воздействия (начального импульса) к чрезвычайно быстрому со сверхзвуковой скоростью химическому превращению с выделением тепла и газов.

При взрывчатом разложении (взрыве) ВВ в большинстве случаев происходят реакции, основанные на окислении горючих веществ (углерода и водорода) с образованием воды, окиси или двуокиси углерода и др.

Для большинства взрывчатых веществ количество тепла выделяющегося при взрыве находится в пределах : -нитроглицерин: С3Н5 (ОNO2)3= ЗСО2 + 2,5Н2О + 1,5N2 + 0,25O2 +1396МДж ;

-аммиачная селитра: NH4NO3=2Н2O + N2 + 0,5O2 +121МДж; -нитрогликоль: С2Н4 (ОNO2)2 = 2СО2 + Н2O+ N2 + 990МДж; -аммонит № 6ЖВ (состоящий из смеси аммиачной селитры

(79%) и тротила (21%)): С6Н2(NO2)3СН3 + 10,7NH4NО3 =7СO2+ 23,9Н2O + 12,2N2 +0,1O2 +4520МДж;

-тротил: С6Н2 (NO2)3СНз = 3,5СО + 2,5Н2O + 3,5С + 1,5N2+ 589МДж;

-азид свинца: РbN6 = Рb + ЗN2 + 448МДж.

55

5.4.1 Особенности химических реакций взрыва

Характерными особенностями всех химических реакций взрыва ВВ является:

1.Выделение большого количества тепла (от 8500 до 1257000кДж), т.е. реакции экзотермические.

2.Выделение большого количества газов. Из 1 кг ВВ выделяется при взрыве от 0,3 до 1 м3 газов.

3.Большая концентрация энергии в единице объема ВВ, т.к. при взрыве из ВВ выделяется кислород, который способствует окислению горючих элементов.

4.Очень большая скорость реакции взрыва (от сотых до миллионных долей секунды).

5.Скорость распространения взрывчатого превращения колеблется от 100 до 10000 м/с.

6.Температура взрыва составляет несколько тысяч градусов

(до 4500 оС).

5.4.2Классификация взрывчатых веществ по на-

значению

Взрывчатые вещества разделяются по назначению на следующие группы:

инициирующие ВВ, применяемые для снаряжения детонаторов и электродетонаторов.

Инициирующие взрывчатые вещества в свою очередь по чувствительности к инициирующему импульсу делятся на первичные и вторичные. Первичные–это маломощные взрывчатые вещества, имеющие высокую чувствительность к механическим и тепловым воздействиям. Их горение почти мгновенно переходит в детонацию. Они способны взрываться в очень малых количествах (0,05-0,5 г). Вторичные взрывчатые вещества (бризантные), используемые для изготовления промышленных ВВ и отчасти для снаряжения детонаторов и детонирующих шнуров. В детонаторах и электродетонаторах они предназначены для усиления инициирующего импульса от первичного ВВ. Вторичные взрывчатые вещества менее чувствительны к внеш-

56

ним воздействиям, но имеют значительно большую скорость детонации и теплоту взрыва. Поэтому такие взрывчатые вещества в количестве 1-1,5 г могут взорвать заряд массой 200-300 г;

промышленные ВВ, применяемые для взрывных работ в горной промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Промышленные ВВ должны обладать определенными качествами:

1.Иметь пониженную чувствительность к внешним воз-действиям, быть безопасными в обращении, при транспортировании и хранении.

2.Иметь относительно невысокую стоимость.

3.Не оказывать вредного влияния на организм человека, как при их изготовлении, так и в процессе применения.

4.Должны обладать достаточной мощностью.

5.Безотказно детонировать от средств взрывания, обеспечивать устойчивую детонацию по всей массе ВВ.

6.Сохранять свои свойства в течение длительного нахождения в зарядных емкостях.

7.Должны быть пригодными к механизированному заряжанию.

8.Обладать достаточно высокой водоустойчивостью

вслучае их применения в обводненных скважинах.

9.Промышленные взрывчатые вещества, применяемые

вподземных условиях, при взрыве не должны образовывать много ядовитых газов, а в шахтах, опасных по взрыву газа или пыли дополнительно еще должны иметь пониженную температуру взрыва.

10.Обеспечивать кондиционное дробление породы. Взорванная горная порода по степени дробления де-

лится на две группы:

-кондиционная (габаритная) —это порода, которая по крупности кусков соответствует установленным на предприятии требованиям в зависимости от возможности применяемого погрузочно-транспортного и дробильного оборудования;

-некондиционная (негабаритная) —это порода, размеры

57

кусков которой превышают установленные пределы.

Крупные (негабаритные) куски во взорванной массе уменьшают производительность и срок службы погрузочнотранспортного оборудования, снижают производительность работ, требуют проведения дополнительных работ по дроблению негабарита.

Получить нужную степень дробления породы можно путем выбора правильной технологии буровзрывных работ для конкретных условий, а также правильного сочетания и использования тех факторов, от которых зависит дробление породы при взрыве.

Как правило, массив породы, подлежащий взрыву, неоднороден. С увеличением размеров массива, во взрываемый объем может попадать все большее количество нарушений (естественных нарушений, возникших до ведения горных работ или искусственных нарушений, образовавшихся в процессе ведения горных работ главным образом буровзрывным способом, а также при оставлении пустот, не заполненных после выемки полезного ископаемого) и, наоборот, чем меньше размеры взрываемого массива, тем больше он приближается по своему строению к монолиту.

Поэтому, изменяя диаметр шпуров или скважин и тип взрывчатого вещества, можно регулировать степень дробления породы в некоторой части разрушаемого массива, называемой

зоной регулируемого дробления

При взрыве заряда в массиве образуется мощная ударная волна сжатия, которая превращается у обнаженной поверхности в волну растяжения и совместно с газами производит разрушение породы. При встрече трещины на пути распространения волны, последняя разделяется на прямую и отраженную. Величина передаваемых напряжений зависит от акустического сопротивления (произведение плотности породы на скорость звука) и размеров трещин. При встрече следующей трещины деление волны на прямую и отраженную повторяется.

На некотором расстоянии от заряда, энергии ударной волны и газов взрыва становится недостаточно для дробления, и в породе возникают слабые напряжения, не превышающие предела ее прочности. При этом происходит незначительное

58

дробление кусков породы по ослабленным сечениям. Оставшаяся часть массива разрушается под действием удара породы зоны регулируемого дробления. В этой зоне почти не происходит дополнительное разрушение по сравнению с состоянием породы до взрыва. Дробление носит случайный характер по ослабленным сечениям кусков. Эта часть взрываемого массива породы характеризуется как зона практически нерегулируемого дробления. Размеры ее определяются свойствами пород и параметрами взрывания./7/.

Специфические условия ведения взрывных работ на земной поверхности и, прежде всего, на карьерах (заряды, размещаются в вертикальных и наклонных скважинах диаметром 100—300 мм) определяют дополнительные требования к промышленным взрывчатым веществам, которые там используются:

1.ВВ могут иметь критический диаметр > 100 мм, т. е. пониженную детонационную способность в зарядах малого диаметра. Это могут быть грубодисперсные гранулированные

ВВс широкой зоной химической реакции. Взрывчатые вещества с такой характеристикой обеспечивают более равномерное дробление породы при взрыве путем уменьшения зоны переизмельчения у заряда.

2.При отбойке на земной поверхности у ВВ нет жестких ограничений по количеству ядовитых газов, выделяемых при их взрыве, вследствие чего имеется возможность использовать ВВ с кислородным балансом отличным от нулевого.

Однако при применении ВВ с отрицательным кислородным балансом, особенно при имеющейся тенденции увеличения масштабов взрывов и интенсивном углублении карьеров, удаление вредных газов из зоны карьера осложняется. Кроме того, ядовитые газы в течение почти 100 ч могут находиться в развале взорванной породы, проникать по трещинам в подземные выработки и вызывать отравление работающих там людей. Поэтому применение таких ВВ должно быть четко регламентировано.

3.Большие объемы взрывов требуют одновременной зарядки большого числа скважин. Поэтому ВВ должны обладать хорошей сыпучестью, минимальной слеживаемостью при хра-

59

нении, минимальным пылением при пересыпке и быть малочувствительными ко всякого рода механическим воздействиям с тем, чтобы работы по заряжанию скважин могли выполняться зарядными агрегатами, резко увеличивающими производительность этих работ.

4.При больших значениях л. н. с. и диаметров заряда основное влияние на интенсивность дробления пород при взрыве оказывает трещиноватость пород. Мощность ВВ при этом имеет меньшее значение, чем при отбойке шпурами и скважинами малого диаметра (70—100 мм). Поэтому основная масса

ВВможет иметь относительно невысокую теплоту взрыва (до 4000 кДж/кг). Такие взрывчатые вещества обеспечивают в большинстве случаев хорошее дробление породы при относительно невысокой стоимости самих ВВ. Однако часть взрывчатых веществ должны обладать более высокими взрывчатыми характеристиками с теплотой взрыва не ниже 5000 кДж/кг. Эти

ВВпредназначены для трудновзрываемых и обводненных пород.

5.ВВ должны быть водоустойчивыми и иметь плотность выше 1000кг/м3, чтобы при заряжании обводненных скважин ВВ хорошо тонуло в воде. Смесь ВВ и воды должна устойчиво детонировать от мощного инициатора./4/.

Промышленные ВВ для ведения взрывных работ на открытой поверхности выпускаются в мешках по 40 кг.

Для ведения взрывных работ в подземных условиях ВВ выпускаются в патронах в бумажной или полиэтиленовой оболочке.

5.4.3Классификация промышленных взрывчатых веществ по области применения

По области применения промышленные взрывчатые вещества разделяют на:

- непредохранительные, применяемые:

а) только для открытых работ на дневной поверхности (мешки или патроны ВВ белого цвета);

б) для открытых работ и в шахтах, не опасных по взрыву газа или пыли (патроны ВВ красного цвета);

60