Разрушение горных пород взрывом реферат
Обновлено: 05.07.2024
Для разрушения (дробления и перемещения) массива горных пород с целью добычи минерального сырья, проведения подземных выработок, сооружения выемок, полок для сооружения дорог в условиях горного рельефа, строительства гидротехнических и мелиоративных объектов применяются взрывы зарядов ВВ, которые принято классифицировать по нескольким признакам:
по положению — наружный (накладной) заряд, помещаемый на взрываемом объекте;
внутренний заряд — помещаемый внутри взрываемого объекта (в шпуре, скважине или камере).
Наружные заряды применяют в основном для дробления крупных негабаритных кусков породы, для обрушения козырьков на уступах, при штамповке металлов. Внутренние заряды применяют для отбойки минерального сырья на карьерах и рудниках с целью его дробления и последующей переработки, для проведения подземных горных выработок, сооружения выемок, полок и мелиоративных каналов;
по форме — сосредоточенный и удлиненный. К удлиненным относятся заряды, у которых высота (длина) больше их диаметра в три и более раз. При взрывных работах на карьерах применяют преимущественно удлиненные заряды;
по конструкции — сплошной — не разделенный промежутками; рассредоточенный, отдельные части которого разделены промежутками (участками) воздуха, мелкой породы, воды и т. п.;
по характеру действия — заряд камуфлета, при взрыве которого разрушение (измельчение и трещинообразование) происходит только вокруг места расположения заряда без проявления видимых разрушений на открытой поверхности массива (рисунок 7.1а); заряд откольный, при взрыве которого происходят откол породы у открытой поверхности и разрушение вокруг заряда (рисунок 7.1б); заряд рыхления, вызывающий дробление породы в пределах от места расположения заряда до открытой поверхности массива без ее выброса из зоны (воронки) разрушения (рисунок 7.1в); заряд выброса, вызывающий дробление и выброс породы за пределы воронки взрыва (рисунок 7.1г).
Рисунок 7.1 - Проявления действия взрыва различных зарядов
Изменение проявлений действия взрыва заряда (радиус разрушения на поверхности) может быть достигнуто как путем изменения глубины заложения заряда постоянной величины, так и путем увеличения массы заряда при постоянной глубине заложения.
При взрыве сосредоточенного заряда в массиве с одной открытой поверхностью образуется конусообразное разрушение, которое принято называть воронкой разрушения, или воронкой взрыва.
Форма образуемой воронки зависит от свойств взрываемой среды. При расчетах одиночных сосредоточенных зарядов форму воронки взрыва принимают в виде опрокинутого конуса вращения с вершиной в центре заряда.
Различаются следующие элементы воронки взрыва, рисунок 7.2.
1. Глубина заложения заряда или линия наименьшего сопротивдения (ЛНС) — кратчайшее расстояние от центра заряда до ближайшей открытой поверхности W.
а - п = 1; б - п 1
Рисунок 7.2 - Элементы воронки взрыва
Линией наименьшего сопротивления для удлиненных зарядов при их многорядном расположении является среднее расстояние между рядами или отдельными зарядами;
2. Угол полураствора воронки взрыва α.
3. Радиус воронки взрыва r.
4. Показатель действия взрыва n, который связан с ЛНС и радиусом воронки взрыва
В зависимости от величины показателя действия взрыва различают три разновидности зарядов выброса: нормальный при п = 1, уменьшенный при n 1. Заряды уменьшенного и нормального выброса применяются для дробления скальных массивов на карьерах, а также обрушения крутых откосов в гористой местности при дорожном строительстве (взрывы на сброс). Заряды усиленного выброса при п = 2 — 3 применяются для сооружения каналов, каменно-набросных плотин в ирригационном и гидротехническом строительстве.
По характеру действия на массив принято различать бризантное (дробящее) и фугасное (общее) действие.
К бризантным формам работы взрыва относится измельчение породы на контакте и в непосредственной близости от заряда. Эта работа пропорциональна плотности ВВ и квадрату скорости детонации.
К фугасным формам работы взрыва относятся разрушение породы на расстоянии от заряда, а также ее перемещение. Величина фугасной формы работы взрыва пропорциональна общей энергии взрыва и оценивается показателем работоспособности.
Непосредственно в районе заложения заряда при взрыве под действием ударных волн и газов взрыва образуется зона сжатия или измельчения. В пределах этой зоны происходят раздавливание и сильное измельчение породы с образованием в месте расположения заряда полости определенных размеров. Порода в зоне измельчения превращается в мелкораздробленную массу с измененной структурой.
За пределами зоны измельчения происходят дробление породы, разделение ее трещинами без изменения ее структуры. Эта зона называется зоной разрыхления, или трещинообразования.
В более удаленных от заряда участках массива происходит только сотрясение породы без разрушения. Эту часть среды называют зоной сотрясения.
При взрывных работах в горном деле практическое значение имеет совокупность зон сжатия и разрыхления, называемая общим термином зона разрушения. Радиус этой зоны называется радиусом разрушения, или радиусом действия взрыва заряда.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Выбор метода ведения взрывных работ. Выбор буровых машин и бурового инструмента, длины заходки. Определение расхода взрывчатых веществ, количества шпуров. Организация работ по подготовке, заряжанию и взрыванию зарядов. Стоимость буровзрывных работ.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.06.2014 |
| Размер файла | 55,4 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство образования и науки Украины
Донбасский Государственный Технический Университет
Кафедра СГ и ГС
Алчевск 2012
буровые работы взрывной стоимость
1. Выбор метода ведения взрывных работ
2. Выбор буровых машин и бурового инструмента
3. Выбор длины заходки
4. Определение расхода ВВ
5. Определение количества шпуров, выбор вруба
6. Расчёт параметров зарядов
7. Выбор материала и конструкции забойки, расчёт её длины. Конструкция заряда
8. Выбор водораспылительной завесы
9. Расчет параметров электровзрывной сети. Выбор контрольно-измерительных и взрывных приборов
10. Организация работ по подготовке, заряжанию и взрыванию зарядов
11. Стоимость работ буровзрывного комплекса по прямым нормируемым затратам
Список использованных источников
При ведении горных работ буровзрывной способ является основным способом разрушения горных пород при отделении их от массива. С помощью буровзрывных работ добывается 70% объёма полезных ископаемых, проводится основная масса выработок на угольных и горнорудных предприятиях.
Характеристика выработки и условия её проведения:
1. Наименование - квершлаг.
2. Форма сечения выработки - трапециевидная.
3. Расчетное сечение выработки вчерне - 11,6 м 2 .
4. Угол падения пород - 25 град.
5. Коэффициент крепости пород - 12.
6. Опасность шахты по газу - I кат.
Исходя из горно-геологических условий и коэффициента крепости пород кровли - 7 и почве - 4 принимается проведение квершлага буровзрывным способом.
1. ВЫБОР МЕТОДА ВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
Выбор взрывчатых материалов производят согласно Единым правилам безопасности при взрывных работах, поперечно рекомендуемых ВМ и журнальным постановлениям Госнадзоохрантруда с учетом пылегазового режима шахты, крепости и водообильности пород.
В горизонтальных выработках, опасных по газу или пыли, нашли применение углениты Э-6, 12ЦБ, аммониты АП-5ЖВ, ПЖВ-20 и Т-19.
Контурное взрывание - технологический прием, так как ведётся с целью получения фактического сечения выработки, а также уменьшения образования трещин за контурной частью массива.
Учитывая горно-геологические условия проведения выработки и её назначение, принимаем обычный метод выполнения взрывных работ способом электрического взрывания с применением детонаторов мгновенного действия ЭДКЗ-ОП во врубовых шпурах и короткозамедленного ЭДКЗ-ПМ с интервалами замедления 30, 60 и 75 мс - в отбойных и периферийных шпурах. Короткозамедленное электрическое взрывание в настоящее время применяется широко благодаря следующим преимуществам:
- уменьшение сейсмического действия на горные породы, в следствии чего повышается их устойчивость;
- более мелкое дробление массива горных пород;
- уменьшение развала горных пород;
- уменьшение удельного расхода ВВ на 15%.
Поскольку шахта не опасна по внезапным выбросам применение сотрясательного режима взрывания не целесообразно.
Взрывание производится в один прием, так как шахта І категории по газу метану и только одна плоскость обнажения.
Для ведения взрывных работ принимается взрывчатое вещество - аммонит АП-5ЖВ.
Характеристика принятого ВВ
Аммонит АП-5ЖВ
Плотность, г/см 3
Работоспособность, см 3
Скорость детонации, км/с
2. ВЫБОР БУРОВЫХ МАШИН И БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА
Учитывая крепость пересекаемых шурфом пород, площадь поперечного сечения выработки, организационные и технические факторы, в соответствии с рекомендациями СНиП 3.02.03-87 для бурения шпуров применяется буровая установка СБКН-2М с использованием коронок диаметром 43 мм и буровых штанг длиной 2,2 м.
Техническая характеристика пневматической буровой установки СБКН - 2М:
1. Масса, кг 5700
2. Частота ударов в минуту 3500
3. Число бур/машин 2
4. Размер забоя: высота, м 4,5
5. Усилие подачи, кН 10 - 18
6. Коэффициент крепости 8 - 20
7. Габаритные размеры: длина, м 6,0
3. ВЫБОР ДЛИНЫ ЗАХОДКИ
По технологическим соображениям длина заходки должна быть равна 1,7 м. При этом скорость проведения выработки может быть определена по формуле:
где lзах - длина заходки, м;
nдн - количество рабочих дней проходческой бригады в месяц;
Тсут - количество часов работы проходческой бригады в сутках при проходке горной выработки;
Тц - продолжительность проходческого цикла при проведении выработки буровзрывным способом, ч.
Значение коэффициента использования шпуров принимают в зависимости от коэффициента крепости породы по шкале проф. М.М. Протодьяконова и площади поперечного сечения выработки вчерне. Для условий проведения квершлага в забое с одной открытой поверхностью КИШ принимается равным по породе ? = 0,8 - 0,85;
Глубину шпуров определяем по формуле:
Объем взрываемой горной массы определяется по формуле:
где - сечение выработки вчерне, берется из условия.
Размеры квершлага берутся из справочника по исходным данным:
- ширина по кровле: 3,74 м;
- ширина по почве: 4,76 м;
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ВВ
Расчетный расход ВВ на заходку Qрасч определяем по формуле:
где q - удельный расход ВВ, кг/м.
Удельный расход ВВ (количество ВВ на 1 м 3 взрываемой горной массы) определяют по формулам проф. М. М. Протодьяконова и Н. М. Покровского:
а) по формуле проф. М.М. Протодьяконова:
где е - 1 - коэффициент, учитывающий работоспособность принятого ВВ;
Рвв - работоспособность принятого ВВ, см 3 ;
К - коэффициент увеличения расхода ВВ при машинной погрузке для лучшего дробления породы, К = 1,2 - 1,3;
525 - работоспособность 93% динамита, принятого проф. М.М.Про-тодьяконовым за эталонное ВВ.
б) по формуле проф. Н.М.Покровского:
где q1 - нормальный удельный расход ВВ (количество ВВ, необходимое для выброса силой взрыва 1 м 3 породы),
S - коэффициент текстуры породы, принимают: S = 1,4 для пород с мелкой трещиноватостью и для углей;
V - коэффициент зажима породы,
е - коэффициент, учитывающий работоспособность принятого ВВ;
380 - работоспособность 62% труднозамерзающего динамита, принятого проф. Н.М. Покровским за эталонное ВВ.
По формуле (4.4) рассчитывается удельный расход ВВ.
Удельные расходы ВВ, полученные по этим формулам, несколько отличаются один от другого. Для дальнейших расчетов принимается их среднее значение qпор = 5,6 кг/м 3 .
Расчетный расход ВВ на заходку:
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ШПУРОВ, ВЫБОР ВРУБА
Количество шпуров на заходку определяем по формуле:
где dп - диаметр патрона, dп = 0,036 мм;
Кзап - коэффициент заполнения по породе Кзап = 0,45,
? - плотность принятого ВВ, ? = 1100 - 1200 кг/м 3 ;
Окончательно принимается 100 шпуров.
Тип вруба влияет на эффективность взрывных работ, так как КИШ зависит от создания второй открытой поверхности на всю глубину вспомогательных шпуров.
Вруб принимается прямой горизонтальный. Вруб основан на дроблении породы в зоне параллельно пробуренных шпуров.
6. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЗАРЯДОВ
Масса шпурового заряда определяется по формуле:
Полученная величина округляем до кратной массы одного патрона (0,25 кг или 0,3 кг).
Принимается в шпуре 4 патрона массой по 300 гр.
Уточняется расход ВВ на заходку по формуле:
7. ВЫБОР МАТЕРИАЛА И КОНСТРУКЦИИ ЗАБОЙКИ, РАСЧЕТ ЕЁ ДЛИНЫ. КОНСТРУКЦИЯ ЗАРЯДА
Длину забойки определяем по формуле:
где lп - длина одного патрона ВВ, м;
nп - количество патронов в шпуровом заряде, шт.
Согласно требованиям Единых правил безопасности при взрывных работах при длине шпура более 1 м величина забойки должна быть не менее 0,5 м.
что соответствует ЕПБ.
В шахтах, опасных по газу и пыли, следует применять гидрозабойку в виде водонаполненных полиэтиленовых ампул с обратным клапаном. Для предотвращения раздвижки патронов эту забойку следует применять в сочетании с запирающей забойкой из песка длиной не менее 15 см.
По окончанию заряжания шпуров их забивают инертным материалом - забойкой.
8. ВЫБОР ВОДОРАСПЫЛИТЕЛЬНЫХ ЗАВЕС
Водораспылительные завесы создают путем, распыления воды из размешенных определенным образом в призабойном участке выработки полиэтиленовых сосудов взрывом специального заряда ВВ.
Для создания завесы обычно применяют стандартные полиэтиленовые сосуды с полезной вместимостью 20 и 30 л. Первые подвешивают в штреке, а вторые укладывают на почве. Для распыления воды применять патрон угленита Э-6 или ВВ типа 12 ЦБ массой 0,2 кг.
Введение ВВ в сосуд, заполненный водой, должно осуществляться только мастером-взрывником после окончания всех операций по заряжанию шпуров перед началом монтажа взрывной сети.
Заряженные полиэтиленовые сосуды располагаются на расстояниях:
- от забоя выработки - не далее 1,5 м;
- от верха выработки - более 1,5 м (для подвешиваемых сосудов) и 2,0 м (для укладываемых на почву);
- от бортов выработки - не далее 1,5 м;
- друг от друга в ряду (по ширине выработки) - не более 3,5 м.
Это означает, уложенные на почве выработки сосуды можно применять только при высоте выработки не более 2 метров. В выработках высотой 2,1 - 3,5 (в нашем случае 2,72 м.) следует применять подвесные сосуды
Удельное количество воды в каждом ряду завесы должно приниматься равным 4 л на 1 м 2 площади поперечного сечения выработки в месте расположения сосуда. Таким образом при Sвч = 11,6 м 2 необходимое количество воды для создания водораспылительной завесы составит 40 л. что может быть обеспечено использование двух сосудов с водой вместимостью 30 л. и 20 л.
Введение ВВ в сосуд заполненный водой, должно осуществляться только мастером взрывником после окончания всех операций по заряжанию, перед началом монтажа взрывной сети.
Схема расположения сосудов с водой в призабойном участке выработки представлена на графической части. Параметры водопредохранительной завесы представлены в таблице 9.1
Таблица 9.1 - Параметры водопредохранительной завесы
Общий расход воды, л
Количество сосудов вместимостью, л
Количество и тип ВВ для создания предохранительной завесы
9. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОЙ СЕТИ. ВЫБОР КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И ВЗРЫВНЫХ ПРИБОРОВ
Электровзрывная сеть должна быть двухпроводной. Использование воды, земли, труб, рельсов, канатов и т.п. в качестве одного из проводников запрещается. До начала заряжания взрывник обязан осмотреть взрывную магистраль, убедиться в её исправности.
Электровзрывные сети должны иметь исправную изоляцию, надежные электрические соединения.
Концы проводов и жил кабелей должны быть тщательно зачищены, плотно сращены и соединения (сростки) изолированы при помощи специальных зажимов или других средств.
В шахтах, опасных по газу или пыли, провода электродетонаторов и электровзрывной сети должны соединяться только с применением контактных зажимов. Электродетонаторы должны иметь медные провода. Это требование также распространяется на соединительные и магистральные провода (кабели взрывной сети).
Постоянная взрывная магистраль должна отставать от места взрыва не менее чем на 100 м.
В качестве взрывного прибора используется прибор ПИВ-100М, который питается от батарей гальванических элементов. В его корпусе встроен омметр мостового типа, для измерения сопротивления взрывной сети. Пределы контроля взрывной сети её подключают к зажимам прибора и поворачивают по часовой стрелке до упора в положение ИВЦ рычаг, включающий омметр. Измерения производятся из места укрытия, откуда будут взрываться заряды. Прибор взрывает до 100 ЭД, соединённых последовательно. Масса прибора - 2,7 кг.
Сопротивление магистральных и соединительных проводов определяется по формуле:
где n - число ЭД в сети (с учетом ЭД водопредохранительной завесы);
U - напряжение источника, U = 380 В;
i - величина гарантийного тока;
rв - сопротивление одного ЭД, rв = 4,2 Ом;
Величина тока в каждом ЭД при последовательном соединении равна току в сети:
Так как величина тока в каждом ЭД равна 2,3 А > 1A, то взрыв произойдёт.
Запрещается монтировать электровзрывную сеть в направлении от источника тока или включающего ток устройства к заряду.
Концы проводов смонтированной части электровзрывной сети должны быть замкнуты накоротко на все время, предшествующее подсоединению их к проводам следующей части электровзрывной сети. Запрещается присоединение проводов уже смонтированной части электровзрывной сети к следующим проводам, пока противоположные концы последних не замкнуты накоротко. Концы магистральных проводов электровзрывной сети также должны быть замкнуты в течение всего времени до присоединения их к клеммам устройства, включающего ток для взрывания.
10. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО ПОДГОТОВКЕ, ЗАРЯЖАНИЮ И ВЗРЫВАНИЮ ЗАРЯДОВ
Перед началом заряжания на границах опасной зоны должны быть выставлены посты, обеспечивающие её охрану, а люди, не занятые заряжанием, выведены в безопасные места лицом технического надзора или по его поручению бригадиром (звеньевым). Постовым запрещается поручать какую-либо работу, не связанную с выполнением прямых обязанностей.
В опасную зону разрешается проход лиц технического надзора предприятия и работников контролирующих органов. Допуск людей к месту взрыва может разрешаться лицом технического надзора, осуществляющим непосредственное руководство взрывными работами в данной смене, только после того, как им или по его поручению бригадиром (звеньевым будет установлено совместно со взрывником, что работа в месте взрыва безопасна.
При производстве взрывных работ мастером-взрывником допуск рабочих к месту взрыва для последующих работ может разрешаться мастером-взрывником.
Число подготовленных к взрыванию зарядов должно быть таким, какое будет взорвано за один прием. Перед заряжанием шпуры должны быть очищены от буровой мелочи.
Забойники могут изготовляться только из материалов, не дающих искр. Длина забойника должна быть больше длины шпура. Патрон-боевик должен быть расположен первым от устья шпура. Запрещается пробивать забойником застрявший боевик. Если извлечь застрявший боевик не представляется возможным, то заряжание шпура необходимо прекратить, а заряд взорвать вместе с другими зарядами.
Запрещается выдергивать или тянуть провода электродетонаторов, введенные в боевики или заряды.
На шахтах, опасных по газу и пыли, взрывание зарядов без забойки запрещается.
Средства инициирования и боевики могут переносится только взрывниками. При совместной доставке СИ и ВВ взрывник может переносить не более 12 кг. Масса боевиков, переносимых взрывником, не должна превышать 10 кг. При переноске в сумках ВВ и СИ норма может быть увеличена до 24 кг. При переноске ВВ в заводской упаковке их количество должно находиться в пределах действующих норм переноски тяжестей.
Спуск патронов-боевиков должен производится отдельно от ВВ в сопровождении взрывника. При этом в забое могут находиться только лица, занятые при заряжании и машинист насоса.
Электровзрывная сеть в забое должна монтироваться при помощи антенных проводов. Колышки для установки проводов должны быть такой высоты, чтобы вода не достигала антенны. Взрывник может осуществлять монтаж электровзрывной сети только после выезда из забоя всех рабочих (кроме ответственных за подачу сигналов и обслуживание проходческого полка).
В качестве магистральных проводов необходимо применять гибкий кабель во влагонепроницаемой оболочке, который не должен опускаться ниже проходческого полка.
Присоединять соединительные провода к взрывному кабелю и проводить взрывание имеет право только взрывник, на которого выписана наряд-путевка на производство взрывных работ.
При проходке вертикальных стволов (шурфов) шахт все вновь пробуриваемые шпуры должны быть смещены по окружности по отношению к шпурам предыдущего цикла, без изменения принципиальной схемы расположения шпуров.
Работы, связанные с ликвидацией отказов, должны проводиться под непосредственным руководством лица технического надзора, в соответствии с инструкцией, утвержденной руководителем предприятия по согласованию с органом Госнадзорохрантруда.
В местах отказов запрещаются какие-либо работы, не связанные с их ликвидацией.
Провода обнаруженного электродетонатора в отказавшем заряде необходимо замкнуть накоротко.
Ликвидацию отказавших шпуровых зарядов разрешается проводить взрыванием зарядов во вспомогательных шпурах, пробуренных параллельно отказавшим на расстоянии не ближе 30 см. Число вспомогательных шпуров и места их заложения должны определяться лицом технического надзора. Для установления направления таких шпуров разрешается вынимать из шпура забоечный материал на длину до 20 см от устья.
После взрыва заряда, предназначенного для ликвидации, отказавшего заряда, необходимо тщательно осмотреть взорванную массу и собрать обнаруженные ВМ. Лишь после этого, рабочие могут быть допущены к уборке горной массы с принятием мер предосторожности. Обнаруженные остатки ВМ должны быть уничтожены в установленном порядке.
Когда работы по ликвидации отказа не могут быть закончены в данной смене, разрешается поручать их продолжение взрывнику очередной смены с соответствующей отметкой в выдаваемой ему наряд-путевке. В этом случае допуск рабочих к месту ликвидации отказа должен быть разрешен лицом технического надзора смены, в течение которой производилась ликвидация отказа.
11. СТОИМОСТЬ РАБОТ БУРОВЗРЫВНОГО КОМПЛЕКСА ПО ПРЯМЫМ НОРМИРУЕМЫМ ЗАТРАТАМ
Для подсчета стоимости работ буровзрывного комплекса включаются затраты, связанные с бурением шпуров, работой мастера-взрывника, расходом ВМ, материалов для создания в призабойном пространстве предохранительной среды и эксплуатацией бурильных машин.
Расчеты, связанные с определением стоимости работ по бурению шпуров сводятся в таблицу 1.
Утверждено Министерством образования и науки Украины как учебник для студентов специальностей “Шахтное и подземное строительство”, “Разработка месторождений полезных ископаемых”, “Маркшейдерское дело” высшихучебных заведений
Донецк – 2003
УДК 622.233:622.235:622.271(075.3)
Шевцов Н.Р., Таранов П.Я., Левит В.В., Гудзь А.Г. Разрушение горных пород взрывом: Учебник для вузов. – 4-е издание переработанное и дополненное – Донецк:
, 2003. – 253 с.
Содержатся теория взрывчатых веществ, методы и примеры приложения теории к задачампрактики, основные способы испытания взрывчатых веществ, в том числе предохранительных. Приведены характеристики взрывчатых веществ и средств взрывания. Изложены теория действия взрыва на породу и методы расчета основных параметров буровзрывных работ при строительстве и эксплуатации шахт и на карьеров. Рассмотрены специальные виды взрывных работ, в том числе контурное взрывание и сотрясательное взрывание.Дана характеристика систем обеспечения безопасности взрывных работ в шахтах, опасных по газу или пыли. Материал обновлен и дополнен с учетом изменений в области разрушения горных пород взрывом, происшедших со времени 3-го издания.
Учебник предназначен для студентов горных вузов и факультетов. Может быть полезен инженерно-техническим работникам горнодобывающих и шахтостроительных организаций,занимающихся взрывными работами.
Гриф видано 31 січня 2002 року (протокол № 1/11–335) Міністерством освіти і науки України .
стр
Предисловие
255
ЧАСТЬ I
Взрывчатые вещества и средства их инициирования
257
Глава 1. Исторические сведения о развитии взрывного дела
257
1.1. История создания и применения взрывчатых веществ
257
1.2. История развития техники взрывания и средствинициирования ВВ
259
1.3. История развития теории взрыва
261
Глава 2. Основные вопросы теории и практики взрыва
263
2.1. Понятие о взрыве и взрывчатом веществе
263
2.2. Взрывные реакции. Кислородный баланс
264
2.3. Ядовитые газы взрыва
267
2.4. Определение энергетических характеристик взрывчатых веществ и взрыва
268
2.4.1. Определение объема газов, выделяющихся при взрыве
268
2.4.2. Определение теплоты взрыва270
2.4.3. Определение температуры взрыва
273
2.4.4. Определение давления газов взрыва
275
2.5. Детонация ВВ
278
2.5.1. Основы теории детонации
279
2.5.2. Скорость распространения детонации
282
2.6. Кумуляция
292
2.7. Характеристики и показатели взрыва
293
2.7.1. Работоспособность
294
2.7.2. Бризантность
297
2.7.3. Чувствительность ВВ к удару
298
2.7.4. Передача детонации на расстояние
299
Глава3. Взрывчатые химические соединения
301
3.1. Инициирующие взрывчатые вещества
301
3.1.1. Гремучая ртуть
302
3.1.2. Азид свинца
302
3.1.3. ТНРС (тенерес)
303
3.2. Нитросоединения
303
3.2.1. Тетрил
303
3.2.2. Гексоген
304
3.2.3. Тротил (тол, тринитротолуол)
304
3.3. Нитроэфиры
304
3.3.1. Тэн (тетранитропентаэритрит)
305
3.3.2. Коллодионный хлопок
305
3.3.3. Нитроглицерин
305
3.3.4. Нитрогликоль
3053.4. Селитры
305
3.4.1. Аммиачная селитра
306
3.4.2. Натриевая и калиевая селитры
306
Глава 4. Промышленные взрывчатые вещества
307
4.1. Общие сведения
307
4.2. Основные компоненты взрывчатых механических смесей
308
4.3. Классификация промышленных ВВ по условиям применения (предохранительности)
310
4.4. Основы теории предохранительных взрывчатых веществ
313
4.5. Принципыпостроения предохранительных ВВ
315
4.6. Определение предохранительных свойств ВВ
317
4.7. Свойства и рецептура промышленных ВВ
321
4.7.1. Аммиачно-селитренные ВВ
321
4.7.2. Нитроэфирные (нитроглицериновые) ВВ
324
4.7.3. Прочие взрывчатые вещества
327
Глава 5. Способы взрывания и средства инициирования промышленных ВВ
329
5.1. Огневое взрывание
329
5.1.1.
Начальным процессом технологии добычи скальных пород является их отделение от массива и дробление на куски определенных размеров. В настоящее время на карьерах универсальным и практически единственным высокоэффективным способом подготовки скальных пород к выемке является их разрушение энергией взрыва. Этот способ останется доминирующим и на перспективу 20-25 лет, если не будут открыты какие-либо принципиально новые способы разрушения скальных пород с реализацией больших мощностей. Это объясняется тем, что при взрыве заряда промышленного ВВ массой 1 кг выделяется практически мгновенно мощность более 70 млн. кВт, а при использовании механических, электрических, магнитных и других способов разрушения пород реализуемая мощность составляет только сотни киловатт. Именно поэтому эффективность разрушения взрывом особенно крепких пород несоизмеримо выше, чем другими способами.
Для ведения взрывных работ в массиве пород бурят шпуры, скважины или проходят камеры, в которых размещают, а затем взрывают заряды взрывчатых веществ (ВВ). Трудоемкость буровзрывных работ составляет 10-20% общей трудоемкости добычи. С увеличением крепости пород относительная трудоемкость буровзрывных и, в первую очередь, буровых работ возрастает.
Качество взрыва характеризуется в основном равномерностью и крупностью дробления скального массива, процентом выхода негабарита, состоянием подошвы уступа, шириной развала горной массы. Являясь начальным процессом технологии добычи, взрывание определяет эффективность всех последующих процессов: погрузки, транспортирования, механического дробления и переработки минерального сырья. В настоящее время горные предприятия оснащаются мощными высокопроизводительными буровыми станками, экскаваторами, автосамосвалами и думпкарами. При обычной технологии добычи с использованием для транспортирования породы автосамосвалов или думпкаров время их загрузки экскаватором благодаря хорошему дроблению породы взрывом уменьшается в 1,5-2 раза, а надежность и долговечность их работы возрастает в 2-3 раза. Внедрение на крупных карьерах прогрессивной циклично-поточной технологии, когда транспортирование горной массы из карьера производится мощным ленточным конвейером, особенно эффективно при обеспечении интенсивного равномерного дробления горных пород взрывом.
За последние годы на карьерах обновляется ассортимент промышленных ВВ: вместо порошкообразных ВВ широко применяют гранулированные ВВ заводского изготовления - гранулиты, граммониты, гранулотол, алюмотол. На карьерах все шире внедряется механизированное заряжание и забойка скважин. Увеличивается использование ВВ, приготовляемых горными предприятиями на пунктах, расположенных в непосредственной близости от карьеров, или в зарядных машинах непосредственно на заряжаемых блоках. Это обычные и металлизированные игданиты на основе гранулированной аммиачной селитры, водосодержа-щие ВВ акватолы, акваналы, карбатолы, горячельющиеся ВВ. Все это обеспечивает повышение качества и эффективности взрывов, но одновременно повышает требования к квалификации персонала, выполняющего взрывные работы, к проектной документации по взрывам, способствует быстрейшему внедрению новейших научно-технических достижений в области интенсификации дробления горных пород при массовых взрывах, а также применению ЭВМ при расчетах параметров взрывания и выбора оптимального варианта отбойки.
Весьма интересные работы выполняются по применению взрывов и в других отраслях народного хозяйства: в металлургии, машиностроении, строительстве, тушении лесных и нефтегазовых пожаров.
Сказанное показывает важность и широту использования энергии взрыва как универсального, весьма эффективного по производительности и срокам выполнения, относительно безопасного способа выполнения трудоемких работ, связанных с разрушением и перемещением больших объемов горных пород в горном деле, строительстве и других областях народного хозяйства.
Взрывные работы на карьерах и других объектах должны вестись в строгом соответствии с Едиными правилами безопасности при взрывных работах и Техническими правилами ведения взрывных работ на земной поверхности, регламентирующими основные действия и приемы обращения с ВМ, знание которых обязательно для руководителей и производителей взрывных работ.
Краткая история развития взрывных работ
Развитие взрывных работ (взрывного дела) происходило в следующих основных направлениях:
- создание промышленных ВВ и средств их инициирования;
- создание средств бурения шпуров и скважин;
- составление классификаций горных пород для оценки их сопротивляемости разрушению при бурении и взрывании;
- разработка теорий детонации промышленных ВВ и разрушения горных пород при их бурении и взрывании.
Первым известным человечеству взрывчатым веществом был черный порох, который использовали вначале для огнестрельного оружия и для разрушения военных укреплений.
Применение пороха в России в созидательных целях началось в середине XVI в. для подрывания на реках скал и камней, мешавших судоходству.
Для подрыва крепостных стен подземными зарядами черный порох впервые применен при осаде Будапешта (1489 г) и Казани (1552 г).
В горном деле черный порох для заряжания шпуров применен впервые в 1627 г. в Германии при проведении штольни.
Бурное развитие промышленности во второй половине XIX в. привело к созданию и производству новых мощных ВВ и СИ. Вот некоторые основные даты: в 1799 г.А. А. Мусин-Пушкин опубликовал один из первых трудов по технологии изготовления ВВ, в 1812 г. в России П.Л. Шилинг впервые применил электрический воспламенитель для взрывания пороховых зарядов; В 1831 г. в Англии Бикфорд изобрел огнепроводный шнур; в 1846 f. в Италии А. Собреро получил тринитроглицерин. В 1853 г. в России Н.Н. Зининым и В.Ф. Петрушевским было предложено ВВ на основе тринитроглицерина, аналогичное по составу динамитам.
В 1885 г. в качестве ВВ начали использовать пикриновую кислоту, которую до этого много лет использовали как желтый краситель для тканей. С 1887 г. начали применять тетрил, который с 1906 г. является основным вторичным инициирующим ВВ для изготовления капсюлей-детонаторов и электродетонаторов. Детонирующий шнур для инициирования зарядов ВВ был изобретен в 1879 г.
C 1891 г. начали применять тротил, полученный в 1863 г. Это ВВ было основным для снаряжения боеприпасов в первой мировой и Великой Отечественной войнах. Применяется как основной компонент в аммонитах, как самостоятельное ВВ в гранулированном виде (гранулотол). Наиболее мощные ВВ гексоген и ТЭН были получены в конце XIX в. ТЭН применяется для изготовления капсюлей-детонаторов с начала XX в., а с 1930 г. - для изготовления детонирующего шнура. Гексоген как ВВ применяется с 1920 г. Область применения этих ВВ расширяется. С 30-х годов в нашей стране происходит постепенная замена нитроглицериновых динамитов на более безопасные ВВ на основе аммиачной селитры:
аммониты (смесь тротила, селитры и горючего) и динамоны (смесь селитры 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 годов, особенно широко применялись в период Великой Отечественной войны, когда страна испытывала недостаток в других ВВ. С 1953 г. динамоны не применяются из-за расслаиваемое™ заряда в скважине при заряжании. К применению простейших ВВ, не содержащих тротил, отечественная промышленность приступила снова в конце 50-х годов на основе работ акад. Н.В. Мельникова, проф. Г.П. Демидюка и других специалистов, исследовавших взрывчатые свойства смеси 94% гранулированной аммиачной селитры и 6% солярового маслаг получивших название игданиты.
С середины 50-х годов начата разработка группы аммиачно-селитренных ВВ заводского изготовления: мощных скальных аммонитов с добавками гексогена, гранулитов и граммонитов на основе гранулированной аммиачной селитры, грубодисперсных водосодержащих и горячельющихся ВВ. Пониженная по сравнению с порошкообразными чувствительность гранулированных ВВ, хорошая сыпучесть и малое пыление при заряжании позволили успешно решать задачи механизации взрывных работ на карьерах и рудниках. Для инициирования зарядов ВВ пониженной чувствительности были созданы промежуточные детонаторы в виде прессованных или литых цилиндрических шашек из тротила и гексогена. Для взрывания обводненных массивов применяют гранулированные тротил (гранулотол) и алюмотол. Разработаны и широко используются пиротехнические замедлители типа КЗДШ для короткозамедленного взрывания с помощью ДШ.
В XIX в. для размещения зарядов на карьерах осуществлялось малопроизводительное бурение шпуров бурильными молотками. С 20-х годов XX в. в СССР начинает внедряться ударно-канатное бурение скважин диаметром 150 мм, а затем до 300 мм. Этот способ бурения был основным до начала 60-х годов. В 50-х годах на угольных разрезах по мягким породам начинают успешно применять станки вращательного шнекового бурения, а с 60-х годов - станки для бурения скважин диаметром 150-300 мм шарошечными долотами. Одновременно велись испытания станков с погружными пневмоударниками для бурения скважин диаметром 105-160 мм, станки огневого бурения, а затем более эффективного огневого расширения скважин, пробуренных шарошечными станками до диаметра 400-500 мм.
В настоящее время на карьерах до 80% объемов буровых работ выполняется шарошечными станками, а остальной объем - станками шнекового и пневмоударного бурения.
В середине XIX в. создана первая классификация горных пород рудников Колывано-Воскресенских заводов по трудоемкости их добычи (добываемости).
Проф.М. М. Протодьяконов в 1911 г. опубликовал первую научно обоснованную классификацию горных пород по крепости, до настоящего времени широко применяемую в горной промышленности.
В 40-50-х годах проф. А.Ф. Сухановым разработаны методические основы и созданы единые классификации горных пород по буримости и взрываемости, которые явились методической основой для составления таких классификаций для отдельных предприятий и бассейнов с целью нормирования этих видов работ.
На основе базовых свойств горных пород акад.В. В. Ржевский разработал фундаментальные основы составления и создал классификации горных пород по трудности их разрушения при бурении и взрывании.
Эти работы позволили, исходя из свойств пород, рассчитывать рациональные режимы бурения, параметры взрывания, затраты на погрузку и переработку полезных ископаемых и являются дальнейшим развитием работ в области классификации пород.
Расчетные методы при взрывании широко применялись французскими военными инженерами в минно-подрывном деле с XVII в. В дальнейшем формулы, выведенные для условий взрывания грунтов, стали применять в горном деле.
М.В. Ломоносов в 1749 г. впервые дал физическое объяснение явления взрыва и его действия на окружающую среду. В 1871 г.М. М. Боресков на основе работ М.М. Фролова предложил формулу для расчета зарядов на выброс, которой широко пользуются до настоящего времени.
Особенно крупные успехи в развитии теории и практики взрывных работ достигнуты после Великой Октябрьской социалистической революции. Советские ученые 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 - Компа-неец 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 расчета 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 и др.
Интересные работы по моделированию действия взрыва методами электрогидродинамических аналогий (ЭГДА) выполнены проф.О.Е. Власовым.
Фундаментальные исследования механизма разрушения горных пород взрывом проведены проф.Г.И. Покровским и развиты в трудах профессоров А.Н. Ханукаева, В.Н. Мосинца, Ф.И. Кучерявого, М.Ф. Друкованного, чл. -корр. АН УССР Э.И. Ефремова и др.
С 1952 г. на карьерах СССР начинает внедряться короткозамед-ленное взрывание, что позволило обеспечить переход от однорядного к многорядному взрыванию, существенно увеличить масштабы взрывов и улучшить степень дробления пород.
Проводятся систематические исследования по разработке методов регулирования степени дробления горных пород взрывом на карьерах. Изучается изменение степени дробления различных по трещиноватости и крепости горных пород в зависимости от диаметра заряда, расхода и типа ВВ, сетки расположения и конструкции зарядов, интервала и схемы замедления, точки инициирования и т.д. Эти работы являются научно-инженерной основой для расчета и проведения взрывов с получением заданной крупности дробления, массива.
Приоритетные работы по развитию и совершенствованию взрывов на выброс проводят специалисты треста Союзвзрывпром. Так, в 1952-1953 гг. взрывами трех серий зарядов на выброс на Алтын-Топканском полиметаллическом месторождении при ЛНС отдельных зарядов, превышающих 50 м, и массе зарядов до 1600 т было взорвано и выброшено более 1 млн. м 3 горной породы. За счет этого срок ввода карьера в строй сократился на 16 мес, а себестоимость вскрытия снижена на 40%.
Широко используются взрывы на выброс и сброс для перемещения больших масс грунта при строительстве плотин, насыпей и т.п.
В 1966 и 1967 гг. под Алма-Атой на р. Малая Алмаатинка в ущелье Медео были проведены два взрыва серий зарядов для создания противоселевой плотины. Общая масса зарядов первого взрыва правого берега 5290 т при ЛНС основного заряда 85 м, а второго левобережного взрыва 3946 т при ЛНС, равной 46 м. В результате взрывов разрушено и сброшено в тело плотины около 3 млн. м 3 скальных пород (1,6 млн. м3 первым и 1,4 млн. м3 вторым) и была образована плотина средней высотой 84 м, шириной поверху около 100 м и понизу около 500 м. Эта плотина в 1973 г. задержала селевой поток огромной мощности (5 млн. м3) и спасла г. Алма-Ату от катастрофических разрушений.
В 1968 г. на р. Вахш взрывом на сброс серий зарядов общей величиной 2000 т образована каменно-набросная плотина. Объем плотины оказался около 1,5 млн. м 3 .
Большие объемы грунтов были выброшены взрывами на выброс при строительстве Аму-Бухарского канала и других мелиоративных сооружений в Средней Азии.
В разработке научно-инженерных основ применения крупных взрывов на выброс и сброс советские ученые занимают ведущее место в мире.
Последние 15-20 лет развиваются новые направления использования энергии взрыва ВВ в народном хозяйстве для взрывного упрочнения поверхностного слоя металлических конструкций (стрелочных переводов, зубьев ковшей экскаваторов, брони дробилок, и т.д.) с использованием ВВ для сварки и резки металлических конструкций и труб с использованием детонирующих шнуров в металлической оболочке с продольной кумулятивной выемкой, получения новых материалов.
Области применения энергии взрыва ВВ непрерывно увеличиваются, а объемы потребления в народном хозяйстве промышленных ВВ и СИ растут.
Читайте также: