Проходка горных выработок

Количество шпуров определяется по формуле Протодьяконова. Шпуры располагаются в один или два ряда параллельно оси канавы под углом 900. В некоторых случаях шпуры бурятся с наклоном к поверхности забоя в зависимости от условий залегания пластов горных пород. При двухрядовом размещении шпуры располагаются относительно друг друга в шахматном порядке.

2.3.5. Расчет длины шпуров в подземных выработках

От длины шпуров будет зависеть скорость проходческих работ. Короткие шпуры снижают производительность работ, но их длина ограничена шириной выработки. Кроме того, она ограничена и длительностью рабочей смены. Чтобы обеспечить эффективность работ, необходимо учесть все выше обозначенные ограничения и условия. Существует много эмпирических способов расчета глубины шпуров. Нами будет рассмотрены только некоторые из них.

В общем случае глубина шпура, ориентированного перпендикулярно поверхности забоя, связана с длиной заходки следующей зависимостью (рис. 15):

l зах / l шп = К.И.Ш.

Где l зах - длина заходки, l шп - глубина шпура, К.И.Ш. - коэффициент использования шпура, равный 0,7-0,95, равен отношению глубины получаемой при взрыве воронки к глубине шпура.

Формулу используют для проверки максимальных глубин шпуров полученных другими способами.

Минимально допустимая глубина шпура принимается равной 0,5 м. В шпурах меньшей глубины резко снижается эффективность использования взрывчатых веществ.

Для наклонных шпуров дополнительно рассчитывается длина, которая необходима для определения общей длины буров для перфоратора (рис. 16).

3. Взрывные работы при проведении горноразведочных выработок

Разработка новых эффективных и экономичных способов проведения горно-разведочных выработок -- одно из основных направлений технического прогресса. Взрывной метод характеризуется высокой производительностью и экономичностью, поэтому он нашел широкое применение при проведении горно-разведочных выработок, особенно в условиях скальных пород. Вместе с тем проведение горно-разведочных выработок взрывным способом требует от исполнителей достаточно высокой теоретической и практической подготовки в области управления энергией взрыва.

Разнообразие горнотехнических условий и физико-механических свойств горных пород создает определенные трудности при проведении горно-разведочных выработок, что лишний раз доказывает необходимость глубоких знаний в области взрывного дела у руководителя таких работ. На практике технология ведения буровзрывных работ при проведении горно-разведочных выработок мало чем отличается от условий проведения выработок при разработке месторождений полезных ископаемых. Однако при проведении горно-разведочных выработок необходимо учитывать те их особенности, которые связаны с возможными изменениями физико-механических свойств горных пород и направлением проведения таких выработок. Поэтому, прежде чем перейти к технологическим вопросам проведения горно-разведочных выработок, необходимо дать основные понятия о взрыве и ВВ, рассмотреть виды химических реакций и процессы, протекающие при взрывчатом превращении.

3.1. Понятие о взрыве и взрывчатых веществах

Впервые задача физической сущности взрыва была поставлена М.В. Ломоносовым. В работе «О природе и рождении селитры», написанной в 1748 г., он дает определение взрыва как очень быстрого выделения значительного количества энергии и большого объема газов. В современной интерпретации взрывом называют процесс быстрого сверхзвукового физического или химического превращения вещества за счет прохождения по нему детонационной волны, сопровождающейся переходом потенциальной энергии этого вещества или продуктов его превращения в кинетическую. Существуют три формы химических превращении ВВ: медленное химическое превращение, горение и детонация.

Медленное химическое превращение протекает при низких температурах по всему объему вещества. При горении передача тепла от слоя к слою происходит в результате теплопроводности. Скорость горения может быть от долей сантиметра до десятков метров в секунду. Взрыв, распространяющийся с постоянной и максимальной для данного ВВ скоростью, называют детонацией

Взрывчатыми веществами называют смеси и химические соединения, способные под влиянием внешнего воздействия (нагрева, удара, трения и т. д.) взрываться, т. е. чрезвычайно быстро превращаться в другие соединения с образованием большого количества тепла и газов. Следовательно, взрывчатое превращение -- это быстро протекающая в ВВ химическая в основном окислительная реакция, сопровождающаяся образованием большого количества газов и значительным выделением тепла, в результате чего газы нагреваются до высокой температуры и в месте нахождения ВВ развивается высокое давление.

Скорость взрывчатого разложения внутри заряда ВВ может быть разной и в значительной степени определяет разрушительное действие взрыва на окружающую среду. Характерный признак ВВ -- наличие в его составе всех необходимых для протекания реакций окисления элементов. Взрывчатые вещества подразделяются на химические соединения, в молекулах которых содержатся горючие элементы и окислитель, и смесевые, представляющие механическую смесь твердых, жидких или газообразных компонентов. Наибольшее распространение получили взрывчатые смеси из твердых веществ

Свойства ВВ.

Работоспособность ВВ - характеризует способность взрывчатого вещества производить механическую работу по разрушению и отрыву породы от массива. Она зависит от объема газов и количества тепла, образующегося при взрыве. Практически работоспособность ВВ определяют взрывом заряда весом 10 Г в свинцовой бомбе. О работоспособности судят по изменению объема канала бомбы в кубически? сантиметрах. Например, работоспособность ВВ в 370 см3 говорит о том, что объем канала бомбы после взрыва навески данного ВВ в 10 Г увеличился на 370 см3.

Бризантность ВВ - характеризует способностью взрывчатого вещества производить дробящее действие (дробление породы на большие или меньшие обломки). Зависит она, главным образом, от скорости взрыва. О бризантности судят по величине усадки свинцового цилиндра в результате взрыва навески ВВ в 50 Г. Бризантность выражается в мм.

Чувствительность ВВ - это степень их восприимчивости к различным внешним воздействиям: тепловому (огонь, искре, повышение температуры), механическому (удар, трение), а также к передаче детонации. Это чрезвычайно важное свойство обусловливает основные меря безопасности при обращении с взрывчатыми материалами, особенно при их перевозке и хранении. Способность взрывчатых веществ к передаче детонации используется не только в самих взрывных работах, но и при испытании ВВ для определения их качества.

Чувствительность ВВ к различной воздействиям зависит от природы взрывчатого вещества, физического состояния, температуры, плотности, влажности, наличия примесей и т.д. Чувствительность ВВ может быть повышена или понижена за счет добавок соответствующих веществ.

Кумуляция. Эффект этого явления подобен выпуклой линзе, фокусирующей свет. Если заряд на своем торце имеет выемку подобной формы, то при взрыве он способен оказывать усиленное действие в направлении фокусирования. При этом не происходит суммарного увеличения энергии, и лишь концентрация ее (подобно швейной игле, на кончике которой при небольшом усилии на небольшую площадь ткани возникает мощное давление). Такое направленное действие заряда называется кумулятивным. Оно объясняется тем, что при взрыве заряда, имеющего кумулятивную выемку в торце, противоположном детонатору, взрывные газы части заряда, прилегающей к выемке, разлетаясь вначале по нормали к поверхности выемки, встречаются на ее оси и образуют мощную тонкую кумулятивную струю. Скорость кумулятивной струи намного превышает скорость детонации, достигая 10 000-12 000, а иногда и 30 000 м/сек, а давление превышает 100 000 кГ/см2, чем и объясняется ее пробивное действие. На эффективность кумулятивного действия оказывают влияние скорость детонации заряда, форма и размер выемки, оболочка выемки и расстояние заряда от преграды. Чем больше скорость детонации, тем сильнее кумулятивный эффект. Наилучшими будут конические и полусферические формы выемки. Картонная оболочка выемки ухудшает, а стальная улучшает кумулятивный эффект.

Кислородный баланс. Относительная доля кислорода в составе ВВ, является их важным показателем, так как от этого зависит качественный состав, образующихся при взрыве газов, в том числе и появление ядовитых. К последним относятся угарный газ - СО и окислы азота. Чистый азот и углекислота не относятся к ядовитым газам, но повышенное их содержание снижает относительную долю кислорода, нормальное содержание которого для человека в обычных условиях составляет около 21%. Поэтому в подземных выработках применяют ВВ с так называемым нулевым кислородным балансом. В них кислорода достаточно для полного окисления углерода и превращения его в углекислоту, но не слишком много, чтобы окислять азот. При недостатке кислорода ВВ имеют отрицательный баланс, а при избытке - положительный.

3.2. Классификация ВВ по составу компонентов

Промышленные ВВ представляют собой в основном смеси природных взрывчатых веществ и добавок. Последние меняют свойства ВВ, так, чтобы обеспечить их эффективность и безопасное обращение с ними в определенных условиях применения, например во влажных условиях забоя выработки, или в шахтах, опасных по газу и пыли. Большинство взрывчатых химических веществ представляет собой химические соединения из углерода, кислорода, водорода и азота в различных соотношениях, то есть элементов - окислителей и восстановителей, которые при энергетическом инициировании (получении дополнительной энергии из вне) способны вступать между собой в быстропротекающую реакцию.

Нитроглицериновые ВВ.

К ним относятся динамиты, детониты, победиты, в основе которых имеются нитроглицерин или нитроглицерин с нитрогликолем.

Нитроглицерин С3Н5(NO3)3 - жидкое маслянистое ВВ слегка желтоватой окраски. Нитроглицерин ядовит - проникая через кожу в органы дыхания в организм, вызнает сильные головные боли и сердцебиение.. Он весьма чувствителен к огню и механическим воздействиям. Горение нитроглицерина зачастую переходит во взрыв. Работоспособность его составляет 550 см3, бризантность - 20 мм, скорость детонации непостоянна и колеблется от 1165 до 9150 м/сек.

Нитроглицерин имеет очень большой недостаток - замерзает при температуре +13°. Замерзший нитроглицерин особенно опасен в обращении. Температуру замерзания можно значительно снизить с помощью добавок нитро-гликоля.

Нитроглицерин, из-за большой опасности в обращении с ним, самостоятельно для взрывных работ не используется, но входит, как один из компонентов, в состав многих взрывчатых веществ.

Нитрогликоль С2Н4(NO3)2 - представляет собою бесцветную прозрачную жидкость, работоспособность равна 650 см3, бризантность-30 мм, скорость детонации - 8300 м/сек, температура замерзания равна минус 22,6°. Он легко смешивается с нитроглицерином и понижает температуру замерзания последнего. Нитрогликоль по сравнению с нитроглицерином менее чувствителен к механическим воздействиям, однако в качестве промышленного ВВ в чистом виде также. не применяется

Динамиты - это смесь нитроглицерина, нитрогликоля с поглотителями - древесной мукой, калиевой, натриевой или аммиачной селитрой и т.д. Для повышения химической стойкости динамитов в их состав, в качестве стабилизаторов, вводят небольшие добавки мела или соды. Качества динамитов в значительной мере определяются свойствами основного компонента - нитроглицерина. Так, например, температура замерзания обычного динамита равна +10°. Замерзшие динамиты очень опасны в обращение применять их для взрывных работ нельзя, запрещается такая разминать их, ломать, резать, сникать бумажную оболочку. Оттаивание динамитов, как правило, производится в ящиках в отапливаемом помещении при температуре порядка +20° или в специальных сосудах-отогревателях. Для снижения температура замерзания динамитов в их состав вводят добавки нитрогликоля, 62% труднозамерзающий динамит имеет температуру замерзания -20°. Цифры в процентах перед маркой динамита свидетельствуют о процентном содержании в нем нитроглицерина, нитрогликоля или их суммы.

Кроме того, динамиты обладают и еще весьма существенными недостатками: при длительном хранении они "стареют", у них проявляется экссудация. Экссудацией называется способность динамитов выделять на поверхности патронов содержащийся в них нитроглицерин ."Старение" динамитов выражается также и в увеличении их плотности, что приводит к частичной или даже полной потере ими взрывчатых свойств. Эти динамиты становятся столь же опасны в обращении, как и исходные вещества в их чистом виде. Патроны динамитов с явными признаками экссудации запрещено применять для целей взрывных работ. Отсюда следует, что нарушать сроки и условия хранения нитроглицериновых ВВ ни в коем случае нельзя. Для большинства из них срок хранения равен 6-8 месяцам. ВВ, срок хранения которых истек, подлежат уничтожению.

К достоинству динамитов относят их высокую работоспособность, бризантность и особенно водоустойчивость, что позволяет использовать в породах любой крепости, во влажных и обводненных забоях.

Динамиты выпускаются только в патронированном виде. Применяются они сравнительно редко та как стоимость в 2-3 раза выше стоимости аммиачно-селитренных ВВ, но в ряде случаев их применение более эффективно, чем аммонитов.

Детониты - это промышленные ВВ, в состав которых входят нитроглицерин /от 6 до 15%) и аммиачная селитра. Они могут применяться для взрывных работ в самых различных условиях, кроме шахт, опасных по газу или пыли.

Победиты - промышленные ВВ, в состав которых входят нитроглицерин /в небольшом количестве, аммиачная селитра, тринитротолуол и соль в качестве пламегасителя. Добавка в небольшом количестве нитроглицерина не сообщает взрывчатому веществу всех отрицательных свойств, присущих динамитам, в то же время она существенно повышает способность к детонации и некоторые другие полезные свойства. Соль вносится для снижения температуры взрыва, что позволяет использовать победиты в выработках, опасных по газу или пыли.

Детониты и победиты выпускаются в патронированном виде, по хранению, перевозке и обращению с ними они приравниваются к аммиачно-селитренным ВВ, однако к их химической стойкости предъявляются более высокие требования, чем к аммонитам.

Несомненным достоинством детонитов и победитов при всей их гигроскопичности является то обстоятельство, что при увлажнении их они еще некоторое время не теряют восприимчивости к детонации и поэтому могут применяться во влажных забоях.

Нитросоединения.

Нитросоединения в отличие от механических смесей представляют собой химические взрывчатые вещества, образующиеся в результате взаимодействия органических или неорганических соединений с азотной кислотой в присутствии серной или уксусной кислоты. Некоторые ВВ этой группы применяются в качестве добавок к аммонитам /тротил, гексоген/, другие в детонирующих шнурах или в качестве инициирующего ВВ в капсюлях-детонаторах. В качестве рабочих ВВ, как правило, не применяются.

Тротил /тол, тринитротолуол/ С6Н2(NO2)3 * СН3 - представляет из себя порошок или пластинчатые чешуйки желтого цвета. Кроме того, тротил может выпускаться в прессованном виде или в виде отдельных литых зарядов.

Тротил мало чувствителен к влаге, удару и трению, легко загорается и спокойно горит. Работоспособность его равна 360 см3, бризантность 15 мм, скорость детонации 7000 м/сек. При взрыве тротил выделяет много ядовитых газов, поэтому в чистом виде его можно применять только на поверхностных работах.

Динитронафталин С10Н6(NO2)2 - слабое взрывчатое вещество, представляющее из себя порошок серо- желтого цвета. Употребляется при изготовлении некоторых сортов аммиачно-селитренных рабочих ВВ /динафталит/.

Тетрил С6Н2(NO2)3 * СН3 *NO3 - мелкокристаллическое ВВ бледно-желтого цвета. Его работоспособность равна 380 см3, бризантность - 22 мм, скорость детонации - 7200-7700 м/сек. Тетрил не боится влаги, а по своим взрывным свойствам превосходит тротил, но, из-за большой чувствительности к механическим воздействиям, самостоятельно для взрывных работ не применяется. Тетрил обладает большой восприимчивостью к детонации и хорошо ее передает другим ВВ. Поэтому его применяют при изготовлении капсюлей-детонаторов как вторичное инициирующее ВВ.

Тен /пентрит/ С2Н2(NO3)4 - кристаллический порошок белого цвета. Работоспособность тэна равна 500 см3, бризантность 25-26 мм, скорость детонации - 8200-8700 м/сек. Тен влаги не боится. Применяется он, как и тетрил, в качестве вторичного инициирующего ВВ при изготовлении детонаторов, а также, при изготовлении детонирующего шнура.

Гексоген С3Н6(N4O2)3 - кристаллический порошок белого цвета. Гексоген химически устойчив, не боится влаги, по чувствительности к механическим воздействиям близок к тетрилу, но значительно превосходит его по мощности. Так, работоспособность гексогена равна 520 см3, бризантность - скорость детонации - 8300 м/сек. Применяется для изготовления детонирующих шнуров, детонаторов /как вторичное инициирующее ВВ/ и некоторых сортов мощных аммонитов.

Гремучая ртуть Нg (СNO)2 - мелкокристаллическое вещество белого или серого цвета. Сухая гремучая ртуть весьма чувствительна к огню и механическим воздействиям. При взрыве наносит сильный и резкий удар по окружающей среде. Поэтому она применяется в качестве первичного инициирующего ВВ при изготовлении детонаторов.

Гремучая ртуть не очень чувствительна к влаге, но при длительном хранении под водой впитывает ее до В055. Такая гремучая ртуть от огня и удара не взрывается, но .может взорваться от взрыва сухой гремучей ртути. В присутствии влаги гремучая ртуть способна взаимодействовать с некоторыми материалы, образуя весьма опасные взрывчатые соединения - фульминаты. Особенно легко она реагирует с алюминием, потому ее никогда не помещают в алюминиевые гильзы. Детонаторы с гремучей ртутью помещают в картонные гильзы и реже - в медные или латунные.

Азид свинца Pb (N3)2 - мелкокристаллический порошок белого цвета. Влаги он не боится и при ее содержании до 30% не теряет своих взрывных свойств.

Азид свинца менее чувствителен к огню и механическим воздействия, чем гремучая ртуть, однако по своей мощности превосходит последнюю. Он также применяется в качестве первичного инициирующего ВВ при изготовлении капсюлей-детонаторов.

В присутствии влаги и углекислоты азид свинца легко взаимодействует с медью; с железом он взаимодействует с трудом, а с алюминием не взаимодействует вовсе. По этой причине детонаторы с азидом свинца изготавливают в алюминиевых и картонных гильзах. В медные гильзы азид свинца помещать нельзя.

ТНРС /тенерес/ С6Н(NO2)3 * PbO2H2O - это кристаллическое вещество золотисто-желтого цвета, темнеющее на воздухе. Тенерес в несколько раз слабее азида свинца и гремучей ртути. Но к огню он очень чувствителен и небольшая его доза поверх заряда азида свинца гарантирует безотказный взрыв азидного детонатора и от пламени огнепроводного шнура и от электровоспламенителя.

Аммиачно-селитренные ВВ.

Взрывчатые вещества этой группы представляют собой механические смеси аммиачной селитры /свыше 50% по весу/ с другими взрывчатыми и невзрывчатыми веществами. Они подразделяется на аммониты, аммоналы и динафталиты.

Аммиачная селитра NH4NO3 - белый кристаллический порошок. При температурах -16° и +32° происходит перекристаллизация аммиачной селитры, сопровождаемая спеканием, в результате чего она из рыхлой превращается в плотную, комковатую массу.

Аммиачная селитра очень гигроскопична и легко растворяется в воде. При длительном хранении, особенно в условиях временной влажности, происходит ее слеживание.

Аммиачная селитра является не только носителем кислэрода но и взрывчатым веществом. При достаточно сильном первоначальном импульсе она может взрываться. Инициирование происходит взрывом промежуточного патрона аммонита, вес которого должен составлять от 5 до 20% от веса селитры. Работоспособность ее равна 200 см3, бризантность - 1,5 мм, скорость детонации - 1500-3000 м/сек.

Аммониты - это смеси аммиачной селитры и взрывчатых нитросоединений с горючими добавками. В качестве нитросоединения чаще всего применяется тротил, который, в той или иной мере, входит в большинство различных марок аммонитов. Аммониты повышенной мощности дополнительно могут содержать добавки гексогена или ТЭНА. В качестве горючих, но невзрывчатых добавок чаще всего применяется древесная мука,

Свойства аммиачной селитры, как основного компонента аммонитов, во многом определяют и свойства последних. Большинство аммонитов рядовых марок обладают высокой гигроскопичностью, способностью к спеканию и слеживанию. Такие аммониты применять во взрывных работах нельзя, они могут давать отказы, или неполный взрыв, переходящий, в ряде случаев в простое горение.

Количество ядовитых газов при недостаточности взрыва резко возрастает, что создает дополнительные трудности при производстве вентиляционных работ в условиях подземных выработок.

Для уменьшения гигроскопичности аммонитов в состав марок вводят небольшие /до 1%/ добавки парафина, жирных кислот, содей стеариновой кислоты и т.п. Кроме того, парафинируют тонким слоем, с заворачиванием в парафинированную или пергаментную бумагу, все патроны аммонита.

Аммониты выпускаются в прессованном, патронированном и рассыпном виде. Они отличаются невысокой стоимостью и безопасностью в обращении, малочувствительны к огню, трению и удару. Взрывчатые свойства аммонитов зависят не только от их состава, но и от способа изготовления.

Некоторые марки аммонитов по основным своим показателям работоспособность, бризантность, скорость детонации и т.д./ не уступают динамитам, а по работоспособности превосходят и 62% динамит.

Для уменьшения теплоты и температуры взрыва в состав аммонитов вводят добавки поваренной соли и хлористого калия. Такие аммониты называются предохранительными, что позволяет их использовать в выработках, опасных по газу, угольной и серной пыли или по парам нефти и бензина.

Все это привело к тому, что в настоящее время аммонита получили преимущественное распространение при всех видах взрывных работ.

Аммоналы - состоят ив аммиачной селитры /до 70%/, взрывчатых нитросоединений и порошка алюминия или ферросилиция /до 16%/ . Отличаются они довольно высокой работоспособностью и влагоустойчивостью. Остальные свойства во многом напоминает свойства обычных аммонитов.

Динафталиты - это также аммиачно- селитренные ВВ, в состав которых входит динитронафталин. В отличие от аммонитов они негигроскопичны и не слеживаются, что является их весьма ценным свойством.

Все аммиачно-селитренные ВВ имеют гарантийный срок хранения не свыше 6 месяцев. На исходе срока хранения, а также случае возникновения сомнения в их доброкачественности аммиачно-селнтренные ВВ должны подвергаться испытаниям на полноту взрыва, на передачу детонация и на влажность. Аммиачно-селитренные ВВ, пришедшие в негодность, должны уничтожаться.

По характеру воздействия на окружающую среду ВВ делятся на две группы: бризантные (дробящие) и метательные (пороха). Среди бризантных ВВ в особую группу выделяют обладающие высокой чувствительностью инициирующие ВВ, которые применяют для изготовления средств инициирования -- капсюля-детонатора (КД), электродетонатора (ЭД) и детонирующего шнура (ДШ). Для изготовления средств инициирования, применяемых в горной промышленности, используют гремучую ртуть, азид свинца, тенерес, тетрил, гексоген, тэн.

3.3. Промышленные (рабочие) ВВ, их классификация и маркировка

Промышленные ВВ предназначаются для дробления, разрушения и перемещения горных пород. Из многокомпонентных смесевых ВВ применяются следующие основные группы ВВ: динамоны -- смеси аммиачной селитры с жидкими и твердыми невзрывчатыми горючими добавками; аммониты -- порошкообразные смеси аммиачной селитры с добавками тротила, гексогена, горючих веществ в разном процентном отношении; аммоналы -- смеси аммиачной селитры, тротила и алюминиевой пудры; граммониты (гранулированный аммонит) -- смеси из гранулированного или чешуйчатого тротила и гранулированной аммиачной селитры; алюмотол -- гранулированный сплав тротила и алюминиевой пудры, представляющий водосодержащее взрывчатое вещество (ВВВ) и обладающий повышенной плотностью, в состав которого входят тротил, аммиачная селитра, алюминиевая пудра и насыщенный или пересыщенный раствор селитры; динамиты -- многокомпонентные патронированные смеси на основе нитроглицерина и нитрогликоля с добавками нитроэфиров; детониты -- патронированные смеси аммонала с добавками нитроэфиров; оксиликвиты -- патроны из органических поглотителей с большой удельной поверхностью (торф, камыш и т. д.), пропитанные жидким кислородом; метательные ВВ (дымные пороха) применяются для отбойки штучного камня, когда надо отколоть блок от массива с минимальным дробящим эффектом.

По агрегатному состоянию применяемые промышленные ВВ могут иметь следующие разновидности: порошкообразные, шнекованные, прессованные, литые, гранулированные (или чешуйчатые), водосодержащие (льющиеся и горячельющиеся).

Компоненты гранулированных ВВ имеют гранулы размером 1--3 мм или чешуйки того же размера. Водосодержащие ВВ (льющиеся) за счет добавок воды с загустителем легко транспортируются по шлангам. Горячельющиеся водосодержащие ВВ твердеют при нормальной температуре.

Для различных условий ведения работ применяются разные рабочие ВВ. Эти условия определяются с одной стороны крепостью пород, с другой стороны содержанием влаги и с третьей - степенью опасности окружающей среды. Рабочие ВВ делятся на четыре класса по степени возрастания опасности: 1- для открытых работ, 2 - для подземных, кроме шахт опасных по газу и пыли, 3 - для угольных шахт опасных по газу и пыли, 4 -для выработок опасных по серной кислоте и парам бензина.

Открытые работы.

Отличительная черта патрона ВВ - белая диагональная полоса. Применяются тротил и аммониты № 9 и 10, которые выделяют много газов при взрыве, но для открытых работ это не помеха, а также прессованный тротил, который обладает большей работоспособностью и бризантностью по сравнению с аммонитами (соответственно 300 и 24 против 300 и 16).

Подземные работы.

1. Кроме шахт опасных по газу и пыли. Отличительный цвет полосы красный. ВВ подразделяются на категории в зависимости от крепости взрываемых пород и степени влажности забоя выработок:

А - для пород средней крепости сухих и влажных забоев: аммониты 6 и 7, динафталит;

Б - водоустойчивые для пород средней крепости;

В - водоустойчивые для крепких: аммонит 1 и 2, аммоналы, динамит 62%;

2. Предохранительные ВВ для угольных шахт, опасных по газу и пыли

А. -по углю и породе, независимо. Отличительный цвет - желтый. Аммонит 8, победит;

Б - только по породе, кроме угля - синий, аммонит АП-1, АП -2, победит ВП-2;

3. Предохранительные ВВ для выработок опасных по серной кислоте и парам бензина. Отличительный цвет черты - зеленый;

А - для серных шахт. Аммонит серный №1 и 2;

Б - от паров бензина . Аммонит нефтяной №1,2,3.

Таким образом, нетрудно заметить, что для маркировки ВВ, предназначенных для разных условий ведения работ, применяется простой, легко запоминающийся принцип аналогии со светофором: что запрещено категорично, имеет красный цвет, а что можно, безусловно, имеет зеленый цвет. На дневной поверхности (на белом свете) применяются ВВ с белой маркировкой, а что рекомендовано к применению имеет желтую полосу.

3.4. Расчет количества ВВ

Расчет заряда.

Для расчета шпурового заряда ВВ приходится применять ряд промежуточных расчетов: 1) удельного расхода на 1 м3 породы; 2) расхода ВВ на одну заходку, и далее, зная количество шпуров на заходку, можно рассчитать уже заряд каждого шпура.

Для расчета удельного расхода ВВ применяется эмпирическая формула М.В. Покровского, которая определяет количество ВВ, необходимое для подрыва 1 м3 той или иной породы.

q=q1ecw, кг/м3,

где q1 - удельный нормальный расход ВВ, рассчитанный для некоторых стандартных условий е - коэффициент работоспособности BB, w - коэффициент, учитывающий зажим породы, с - структурный коэффициент. Все составляющие правой части формулы табличные, их можно найти в приложениях во второй части методического пособия В.П. Оксененко.

Расход ВВ на одну заходку определяется из соотношения

Q зах= qVзах, кг,

Где Vзах - объем заходки в м3.

Общую потребность ВВ на проходку всех выработок можно рассчитать или через Q зах, или через q, зная общий объем проходки.

Заряд одного шпура при однотипности шпуров, например в канаве, можно определить так:

q шпура= Q зах/n, кг,

где n - количество шпуров на одну заходку.

Шпуровые заряды врубовых шпуров в подземных выработках увеличены на 20 - 30 % по сравнению с отбойными и вспомогательными.

Масса шпуровых зарядов в подземных выработках определяется по уравнению

Qзах = q вр шп nвр + q отб шп nотб , кг,

где q вр шп - масса врубового шпура, nвр - количество врубовых шпуров, q отб шп - масса отбойного (вспомогательного) шпура, nотб - количество отбойных и вспомогательных шпуров.

В практике проходческих работ зачастую приходится иметь дело со стандартными патронами ВВ. И, если деление одних патронов может быть просто нежелательно, то других - просто недопустимо. Поэтому, расчетные величины заряда шпуров следует округлить до ближайших весовых размеров стандартных патронов ВВ. С учетом этих округлений, следует отдельным расчетом внести изменения в расход ВВ на одну заходку и на всю выработку. В паспорт по буровзрывным работам выносятся только эти откорректированные данные.

Расчет длины забойки и длины заряда.

Необходимость этих расчетов диктуется, прежде всего, требованиями правил техники безопасности. Длина забойки должна быть не короче 30% от общей длины шпура, а в выработках, опасных по газу и пыли - не короче 50%. Если это условие не соблюдается, то весь расчет нужно произвести заново, избрав или более сильное взрывчатое вещество, или увеличив число шпуров, или выполняв то и другое. Длина забойки и заряда вычисляется исходя из диаметра и длины шпура, а также массы и плотности ВВ. Диаметр шпура при этом принимается равным диаметру головки бура.

Вычисляется в начале объем, который будет иметь заряд данного ВВ при известной массе и плотности, а затем объем шпура; сопоставив их легко определить какую часть от общей длины шпура будет занимать заряд и забойка.

4. Способы и средства подрыва зарядов при ведении горных работ

4.1. Принцип устройства боевых зарядов

ВВ все без исключения обладают огромной работоспособностью и в этом плане весьма полезные для человека, но, к сожалению, их мощь используется по большей части ему во вред. Вся история человечества - это поиск наиболее эффективных средств для самоуничтожения, и в этом оно достигло заметных успехов.

Все ВВ имеют тот общий недостаток, что их применение требует особых мер предосторожности, особенно обладающих высокой чувствительностью. К счастью, она не одинаковая у разных ВВ и на этом основана технология их дифференцированного применения, как в боевом, так и промышленном применении.

Технология применения ВВ всюду имеет общий принцип. По назначению во взрывных устройствах ВВ делятся на два типа рабочие и инициирующие. Задача первых основная - выполнить полезную работу, а вторых - инициировать (заставить) флегматичных (низкочувствительных), но обладающих большой работоспособностью ВВ взорваться. Необходимость применения такого устройства зарядов связана с техникой безопасности. Для инициирования не требуется большой массы чувствительного ВВ, а большая масса рабочего ВВ в силу невысокой чувствительности сама по себе не представляет особой опасности. Более того, чтобы свести риск к минимальному, применяется взрывная цепь с двумя инициирующими ВВ: первичными, которые, обладая наибольшей чувствительностью и наименьшей массой (гремучая ртуть, азид свинца), взрываются первыми и вторичными (тен, гексаген, тетрил), которые, получая импульс от первых, передают его заряду рабочего ВВ (порох, аммониты, динамиты, тротил и др.). Вся эта цепочка, соединенная последовательно, представляет собой боевой патрон, при этом часть его с инициирующими веществами называется капсюль-детонатором. В горном деле патроны-боевики изготовляются непосредственно на месте взрыва, капсюль-детонаторы и рабочие ВВ хранятся врозь.

4.2. Способы подрыва боевых зарядов

Подрыв боевых зарядов сопряжен с немалым риском, поэтому технология этой части БВР уделяется большое внимание. Существует три основных способа подрыва зарядов - огневой, электрический, детонация. Выбор того или иного из них обусловлен с одной стороны доступностью средств взрывания, а с другой - условиями и требованиями техники безопасности.

Огневой способ наиболее простой в исполнении и дешевый. Недостатками являются относительная опасность (нахождение взрывника непосредственно на месте производства взрыва), невозможность проверки качества подготовки взрыва, затрудненность взрывания групп зарядов. Не исключен преждевременный подбой одного заряда другим. По требованиям техники безопасности огневой способ нельзя применять в вертикальных и крутонаклонных горных выработках и в любых выработках опасных по газу и пыли, по нефтепродуктам.

Электрический способ не имеет ограничений, самый безопасный, количество подрываемых зарядов не ограничено. Но он более сложный и дорогой, требует применения специального оборудования и расчета сопротивления и тока цепи.

Детонирующий способ не получил широкого распространения при ведении горных работ, но его можно применять в принципе в любых условиях (для выработок опасных по газу и пыли применяются специальные - предохранительные детонирующие шнуры).

4.3. Средства взрывания

К средствам взрывания относят:

1/ при огневом взрывании - огнепроводный шнур, средства его поджигания и капсюли-детонаторы;

2/ при электрическом - электропроводный шнур, источники тока и капсюли-электродетонаторы.

3/ при детонирующем - детонирующий шнур и средства его инициирования (капсюль- или электродетонатор).

Огнепроводный шнур и средства поджигания.

Огнепроводный шнур представляет собою сердцевину из дымного пороха с центральной направляющей нитью я оплеток, покрытых или пропитанных влагонепроницаемой или водонепроницаемой массой (рис. 18). Для взрывания под водой шнур выпускается в гуттаперчевой или хлорвиниловой изоляции.

По скорости горения огнепроводный шнур разделяется на: нормально горящий со скоростью горение 1 см/сек, цвет оплетки серый, и замедленно горящий - со скоростью горения 0,5 см/сек./отличительный цвет оплетки - желтый/. Огнепроводный шнур служит для передачи снопа искр инициирующему ВВ, расположенному в капсюля-детонаторе.

Огнепроводный шнур поджигают с помощью тлеющего зажигательного фитиля или зажигательной свечи. Для одновременного группового поджигания большого числа отрезков огнепроводного шнура применяют зажигательные патрончики. Такие патрончики, рассчитанные на одновременное поджигание до 30-37 отрезков шнура, могут воспламеняться или с помощью короткого отрезка шнура или с помощью электровоспламенителя.

Детонирующий шнур.

Детонирующий шнур предназначается для передачи детонации к зарядам промышленных ВВ.

Все промышленные ВВ достаточно надежно взрываются от детонирующего шнура и не требуют, в этом случае, применения капсюлей-детонаторов в шпурах. Сам шнур детонирует от взрыва капсюля-детонатора или электродетонатора. Детонирует он с большой скоростью /порядка 7000 м/сек/, что обеспечивает одновременность взрыва большого числа зарядов ВВ.

Детонирующий шнур состоит из нескольких оплеток, покрытых мастикой или пластикатом, и сердцевины высокобризантного ВВ /тэн. гексоген/ с двумя направляющими нитями красного цвета или изоляцию красного цвета. Детонирующий шнур обычный /ДША также, как и огнепроводный, запрещается применять в выработках, опасных по газу или пыли. Для названных условий разрешается применять только предохранительнные водостойкие детонирующие шнуры марок ДШП-1 и ДШП-2.

Детонирующий шнур сравнительно безопасен, его можно резать острым ножом на части, загорается он с большим трудом и горит спокойно без вспышек. Однако зажигать отрезки длиной более 10-12 см не разрешается, так как горение может перейти во взрыв. Резать шнур разрешается только на деревянной доске на расстоянии не менее 10 м от взрывчатых веществ.

Капсюли-детонаторы и электродетонаторы.

В принципе, электродетонатор от обычного калсюля-детонатора отличается только наличием электровоспламенителем и, в случае электродетонатора замедленного действия, наличием замедляющего состава. Назначение их одно и то же.

Капсюль-детонатор. Капсюль-детонатор, используемый для детонирования основного заряда ВВ, представляет собой заряд первичного и вторичного инициирующего взрывчатого вещества, запрессованных в медную, латунную, алюминиевую или бумажную гильзу (рис. 20).

В качестве первичного инициатора используют гремучую ртуть или азид свинца. В первом случае материал гильзы должен быть бумажным, медным или латунным (в марке детонатор буквы Б или М). Во втором случае - бумажным или алюминиевым (в марке детонатора буквы Б или А). Для большей надежности взрыва азидных детонаторов, их заряд первичного инициатора обволакивается небольшой добавкой тенереса.

В качестве вторичного инициатора, помещаемого в нижнюю часть гильзы, используют тетрил, тен, гексаген. В торцевой части вторичного инициатора вырабатывается кумулятивная выемка. Верхняя часть гильзы остается незаполненной для вставки туда конца отрезка огнепроводного шнура.

Капсюли-детонаторы необходимо оберегать от увлажнения, кроме того, их нельзя ронять, подвергать даже легким ударам, нагреванию. Под действием прямых солнечных лучей они резко повышают свою чувствительность к внешним воздействиям. В выработках опасных по газу или пыли капсюли - Детонаторы как и огневое взрывание недопустимы.

Выпускаются они только мгновенного действия. Необходимая последовательность взрыва шпуровых зарядов ВВ достигается или же отрезками шнура разной длинны, или же определенной последовательностью поджигания.

Капсюли- детонаторы выпускаются только гремучертутнотетриловые №8 и азидотетриловые № 8.

Электродетонатором называют приспособление, которое преобразует электрическую энергию в тепловую, вызывая при этом вспышку воспламеняющего состава, инициирующего взрыв рабочего ВВ (рис. 21).

Мостик накаливания, представленный константановым или нихромовым проводом 30-50 м, окружен легковоспламеняющимся составом в виде твердой капля. В качестве такого состава применяется смесь из 46% бертолетовой соли, 28% роданистого свинца и 26% столярного клея. Концы мостика, через детонаторные проводники диаметром 0,5 мм и длиною от 1,5 до 2,5 м, выведены наружу. Электровоспламенитель в дульце детонатора закреплен влагоизолирующей мастикой или пластиковой пробкой.

Электродетонаторы требуют осторожного обращения, тянуть за проводники иди создавать на них любую иную механическую нагрузку - нельзя. Они бывают мгновенного (ЭД) замедленного (ЭД-ЗД) и короткозамедленного действия (ЭД-КЗ).

Электродетонаторы замедленного действия между электровоспламенителем и первичным инициатором имеют дистанционную трубочку с замедлителем /смесь перекиси бария, калийной селитры и идитола/. Величина времени замедления, равная у различных электродетонаторов от 0,5 сек до 10 сек, зависит от длины дистанционной трубки.

Электродетонаторы мгновенного действия разрешается применять на любых работах, Электродетонаторы замедленного действия - также, кроме выработок, опасных по газу или пыли, где применение их запрещено в самой категорической форме.

Электродетонаторы короткозамедленного действия между электровоспламенителем и первичным инициатором содержат замедлитель, состоящий из смеси свинцового сурика, силикокальция и ферросилиция. Величина времени замедления, равная у различных злектродетонаторов от 25 до 250 мсек (с интервалам от 25 до 100 мсек), зависит от длины замедляющего состава.

Электродетонаторы короткозамедленного действия могут применяться при любых видах взрывных работ, в т.ч. и в выработках опасных по газу и пыли. При применении короткозамедленных детонаторов повышается коэффициент использования шпуров; кроме того, отмечается более мелкое и равномерное дробление породы, более равномерный (кучный) отброс породы, уменьшается сейсмичность взрыва и расход ВВ.

В шахтах опасных по газу или пыли (за исключением пластов, подверженных внезапным выбросам) электродетонаторы короткозамедленного действия, с применением электродетонатораЭД-8-56 в качестве нулевого замедления, могут применяться при условии, что общий период замедления не будет превышать:

А) в угольных забоях - 120 мсек, взрывание за один прием;

Б) в смешанных забоях по породе - 120 мсек, взрывание не более, чем в два приема;

В) в чисто породных забоях - 170 мсек, количество приемов взрывания не ограничивается.

Проводники электрического тока.

Для передачи электрического тока от источника тока к детонаторам применяют изолированные медные и реже - алюминиевые проводники.

В зависимости от назначения проводники навиваются детонаторными, соединительными и магистральными. Сечение детонаторных проводников равно 0,20 мм2 , диаметр - 0,5 мм. В качестве соединительных и магистральных проводников применяются провода сечением 0,75+1,50 мм2 , диаметр - 1,0-1,5 мм. Применять проводники с хлопчатобумажной изоляцией разрешается только в сухих местах; во влажных или мокрых выработках применяются проводники только с непроницаемой резиновой и виниловое изоляцией.

Система всех проводников и электродетонаторов, соединенных между собою в определенной последовательности, называется электровзрывной сетью.

Источники тока и контрольно-измерительные приборы.

В качестве источников тока в горнорудной промышленности могут использоваться батарей сухих элементов и аккумуляторов, силовые и осветительные магистрали постоянно я переменного электрического тока, взрывные машинки.

В практике проходки горно-разведочных выработок взрывными машинкам следует отдать предпочтение, так как они удобна в пользовании и надежны в работе. На месте производства, взрывных работ промышленного электрического тока может не быть и тогда роль машинки еще более возрастает. Взрывные машинки бывают двух основных типов: динамо-электрические и конденсаторные.

Динамо-электрические машинки состоят из портативного электрогенератора постоянного тока, приводного механизма рукояткой или ключом, контактного приспособления и зажимов; для присоединения к машине магистральных проводов взрывной сети. Примером таких машинок могут быть машинки ПМ-1 , ПМ-2 и ВМ-10. Все они могут быть допущены для любых работ, кроме выработок опасных по газу или пяти.

Однако, более широкое распространение получили конденсаторные машинки, как более мощные и обладающие меньшим весом. Работают они по принципу накопления заряда на конденсаторе и мгновенного разряда. По принципу питания (зарядки) конденсатора подразделяются на индукторные, аккумуляторные и батарейные. Машинки этого типа выпускаются, как в обычном исполнении, так и во взрывобезопасном. Последние можно использовать на любых работах, в том числе и выработках, опасных по газу или пыли.

Из машинок конденсаторных наиболее широкое применение получила машинка ВМК-3/50 . Эта машинка выпускается во взрывобезопасном исполнении, а ее мощность вполне достаточна для производства взрывных работ в любых разведочных выработках. Одним из необходимых условий безотказности взрыва является следующее: фактическая величина сопротивления взрывной сети не должна превышать предельной величины, указанной в характеристике взрывной машинки. Электроизмерительные приборы при электровзрывании пользуется для проверки электродетонаторов, их подбора по сопротивлению, для проверки целостности взрывной сети и определения ее сопротивления. Основные из них: линейный взрывной мостик ЛШ-48, малый омметр и взрывной испытатель ВИО-3.

4.4. Расчет взрывной цепи

Смысл расчета взрывной цепи сводится к обеспечению условий для производства взрыва при соблюдении мер безопасности

Огневой способ.

Расчет сводится к определению длины отрезков огнепроводного шпура в каждом шпуре и в последовательности их поджигания, в выборе средств поджигания.

Взрывание шпуров огневым способом состоит из следующих последовательно проводимых операций: изготовления зажигательных трубок, изготовления патронов-боевиков, заряжания шпуров, забойки шпуров и зажигания огнепроводных шнуров (рис. 22). По соображениям техники безопасности минимально-допустимая длина отрезка огнепроводного шнура должна быть не короче 1 м. Зажигательная трубка представляет собой капсюль-детонатор с введенным в него отрезком огнепроводного шнура. Патрон-боевик это патрон ВВ с зажигательной трубкой.

Расчет длины огнепроводного шнура:

Длина отрезка огнепроводного шнура равна

l заб + 15 см, где l заб - длина забойки.

Общая длина отрезка огнепроводного шнура не может быть менее 100 см.

Длина отрезка огнепроводного шнура за пределами шпура не может быть менее 15 см.

Необходимая очередность взрыва зарядов ВВ достигается изменением длины отрезков ОШ в зажигательных трубках или последовательностью их зажигания.

Зажигание группы шнуров в забое осуществляют отрезком ОШ, имеющим надрезы через 5--6 см; тлеющим фитилем из льняных или хлопчато-бумажных нитей, пропитанных раствором калиевой селитры; зажигательной свечой (бумажная гильза, наполненная с одной стороны горючим составом) общим временем горения 1, 2 и 3 мин или зажигательным патроном.

Взрывнику за одну "отпалку" разрешается поджигать не более 16 отрезков огнепроводного шнура. Если при этом используются зажигательные или электровоспламенительные патрончики, то количество одновременно поджигаемых отрезков от одного патрончика может быть доведено до 30-37. Правилами техники безопасности разрешается поджигать одновременно не более 6 зажигательных патрончиков. Максимальное число отрезков шнура в этом случае будет достигать 37 * 6 = 222. Способ с использованием электровоспламенительных патрончиков получил название электро-огневого способа взрывания шпуров.

Электрический способ.

Электрический способ взрывания может применяться в любых выработках, причем количество одновременно взрываемых шпуров не ограничивается, необходимо выбрать только более мощный источник тока. Способ этот несколько сложнее огневого, требует применения специального оборудования, но зато он и значительно безопаснее других.

Радиус опасной зоны при шпуровых взрывах должен быть не менее 200 м. Взрывник, производя с помощью машинки взрыв, находится от него на указанном расстоянии. Согласно Правилам техники безопасности, все электродетонаторы, взрываемые в одной сети, должны отбираться на одной коробки и иметь одинаковые сопротивления мостика накаливания и одинаковую величину гарантийного тока. Выше уже говорилось о необходимости расчета и качественного монтажа взрыва со всеми необходимыми замерами и проверками.

Расчет цепи сводится к определению таких ее параметров как сопротивление и величина силы тока. При использовании взрывных машинок отправными параметрами для расчета служат характеристики машинки - напряжение воспламенительного импульса и предельное сопротивление. Поэтому вначале выбирается машинка, а потом рассчитывается цепь по сопротивлению и току. Величина тока обратно пропорциональна сопротивлению цепи и должна быть не менее величины гарантийного тока электродетонатора, рассчитанного на определенную силу, которая обеспечит безотказное срабатывание воспламенительной смеси в электродетонаторе.

Чаще всего применяется схема последовательного соединения элементов цепи (рис. 23). При этом общее ее сопротивление будет складываться из сопротивления всех электродетонаторов и сопротивления электропроводов. Количество электродетонаторов равно количеству шпуров взрываемых за одну заходку. Сопротивление проводов рассчитывается как произведение длины провода на их удельное сопротивление Характеристики детонаторов и провода находятся в справочной литературе. Для передачи электрического тока от источника тока к детонаторам применяют изолированные медные и реже - алюминиевые проводники.

В зависимости от назначения применяются провода детонаторные, соединительные и магистральные. Сечение детонаторных проводников равно 0,20 мм2 /d(-0,5 мм/. В качестве соединительных и магистральных проводников применяются провода сечением 0,75+1,50 мм2 / d =0,98:1,38 мм/. Применять проводники с хлопчатобумажной изоляцией разрешается только в сухих местах; во влажных или мокрых выработках применяются проводники только с непроницаемой резиновой и виниловой изоляцией. Длина магистрального провода равна удвоенному безопасному расстоянию от объекта - 400 м. Длина соединительных проводов равна сумме расстояний между шпурами на забое. Длина детонаторных проводов равна суммарной длине шпуров увеличенной на длину отрезка, который выходит на поверхность (15-20см) над каждым шпуром. Удельное сопротивление проводов может быть разным в зависимости от материала и сечения.

Величина тока в цепи равно отношению величины воспламенительного импульса машинки к величине общего сопротивления цепи. В итоге расчета делается вывод о возможности применения выбранной машинки. Если она не обеспечивает величину требуемого тока, выбирают другие машинки и снова производят расчет по той же схеме до получения требуемой величины тока. Если сила тока в сети будет значительно превышать гарантийную силу тока каждого детонатора, то следует выбрать менее мощную машинку. Можно остановить свой выбор и на прежней машинке, но тогда в сеть желательно включить последовательно "гасящее" сопротивление.

Расчет сопротивления взрывной цепи для последовательного соединения:

* Общее сопротивление цепи (Rобщ)

Rобщ = Rм + Rс +n Rд , где

* Rм - сопротивление магистральных проводов;

* Rс - сопротивление соединительных проводов;

* n Rд - сопротивление всех электродетонаторов

* Сопротивление проводов

R = ? l/S , где

? - удельное сопротивление провода;

l - длина провода, м;

S - сечение провода

* Сила тока

I = U/Rобщ , где

* I - сила тока (не менее 1-2,5 а)

Расчет сопротивления взрывной цепи для параллельного соединения (рис. 24)

* Общее сопротивление цепи (Rобщ)

Rобщ = Rм + Rс + Rд/n , где

* Rм - сопротивление магистральных проводов;

* Rс - сопротивление соединительных проводов;

* Rд/n - сопротивление всех электродетонаторов и концевых проводов.

* Условие безотказного взрывания

I д > I г

I г (гарантийный ток срабатывания электродетонатора) не менее - 1,0 - 2,5 а

Разница между фактической силой тока в сети и расчетной (особенно для конденсаторных машинок) всегда будет иметь место. Но она будет наименьшей, если сопротивление равно или близко значению величины наружного сопротивления.