|
8
Вступ
Початковим процесом технології видобутку скельних порід є їх відділення від масиву і дроблення на шматки певних розмірів. В даний час на кар'єрах універсальним і практично єдиним високоефективним способом підготовки скельних порід до виїмки є їх руйнування енергією вибуху. Цей спосіб залишиться домінуючим і на перспективу 20-25 років, якщо не будуть відкриті будь-які принципово нові способи руйнування скельних порід з реалізацією великих потужностей. Це пояснюється тим, що під час вибуху заряду промислового ВВ масою 1 кг виділяється практично миттєво потужність більше 70 млн. КВт, а при використанні механічних, електричних, магнітних та інших способів руйнування порід реалізована потужність становить лише сотні кіловат. Саме тому ефективність руйнування вибухом особливо міцних порід незрівнянно вище, ніж іншими способами.
Для ведення вибухових робіт в масиві порід бурять шпури, свердловини або проходять камери, в яких розміщують, а потім підривають заряди вибухових речовин (ВВ). Трудомісткість буропідривних робіт становить 10-20% загальної трудомісткості видобутку. Зі збільшенням міцності порід відносна трудомісткість буропідривних і, в першу чергу, бурових робіт зростає.
Якість вибуху характеризується в основному рівномірністю і значущістю дроблення скельного масиву, відсотком виходу негабариту, станом підошви уступу, шириною розвалу гірської маси. Будучи початковим процесом технології видобутку, підривання визначає ефективність усіх подальших процесів: навантаження, транспортування, механічного дроблення і переробки мінеральної сировини. В даний час гірничі підприємства оснащуються потужними високопродуктивними буровими верстатами, екскаваторами, автосамосвалами і думпкарів. При звичайній технології видобутку з використанням для транспортування породи автосамоскидів або думпкарів час їх завантаження екскаватором завдяки гарному дроблення породи вибухом зменшується в 1,5-2 рази, а надійність і довговічність їх роботи зростає в 2-3 рази. Впровадження на великих кар'єрах прогресивної циклічно-потокової технології, коли транспортування гірської маси з кар'єру проводиться потужним стрічковим конвеєром, особливо ефективно при забезпеченні інтенсивного рівномірного дроблення гірських порід вибухом.
За останні роки на кар'єрах оновлюється асортимент промислових ВР: замість порошкоподібних ВВ широко застосовують гранульовані ВВ заводського виготовлення - грануліти, грамонітів, гранулотол, алюмотол. На кар'єрах все ширше впроваджується механізоване заряджання і забойка свердловин. Збільшується використання ВВ, що готуються гірничими підприємствами на пунктах, розташованих в безпосередній близькості від кар'єрів, або в зарядних машинах безпосередньо на заряджаються блоках. Це звичайні і металізовані ігданіти на основі гранульованої аміачної селітри, водосодержа-щие ВВ акватол, акванали, карбатоли, горячельющіеся ВВ. Все це забезпечує підвищення якості та ефективності вибухів, але одночасно підвищує вимоги до кваліфікації персоналу, який виконує вибухові роботи, до проектної документації щодо вибухів, сприяє якнайшвидшому впровадженню новітніх науково-технічних досягнень в області інтенсифікації дроблення гірських порід при масових вибухах, а також застосування ЕОМ при розрахунках параметрів підривання і вибору оптимального варіанту отбойки.
Вельми цікаві роботи виконуються по застосуванню вибухів і в інших галузях народного господарства: в металургії, машинобудуванні, будівництві, гасінні лісових і нафтогазових пожеж.
Сказане показує важливість і широту використання енергії вибуху як універсального, вельми ефективного по продуктивності і термінів виконання, щодо безпечного способу виконання трудомістких робіт, пов'язаних з руйнуванням і переміщенням великих обсягів гірських порід в гірничій справі, будівництві та інших галузях народного господарства.
Вибухові роботи на кар'єрах і інших об'єктах повинні вестися в суворій відповідності з Єдиними правилами безпеки при вибухових роботах і Технічними правилами ведення вибухових робіт на земній поверхні, що регламентують основні дії і прийоми поводження з ВМ, знання яких є обов'язковим для керівників та виробників вибухових робіт.
Коротка історія розвитку вибухових робіт
Розвиток вибухових робіт (вибухової справи) відбувалося в наступних основних напрямках:
- створення промислових ВР і засобів їх ініціювання;
- створення засобів буріння шпурів і свердловин;
- складання класифікацій гірських порід для оцінки їх опірності руйнуванню при бурінні і підриванні;
- розробка теорій детонації промислових ВР і руйнування гірських порід при їх бурінні і підриванні.
Першим відомим людству вибуховою речовиною був чорний порох, який використовували спочатку для вогнепальної зброї і для руйнування військових укріплень.
Застосування пороху в Росії в творчих цілях почалося в середині XVI ст. для підривання на річках скель і каменів, що заважали судноплавству.
Для підриву кріпосних стін підземними зарядами чорний порох вперше застосований при облозі Будапешта (1489 г) і Казані (1552 г).
У гірничій справі чорний порох для заряджання шпурів застосований вперше в 1627 р в Німеччині під час проведення штольні.
Бурхливий розвиток промисловості в другій половині XIX ст. призвело до створення і виробництва нових потужних ВР і ЗІ. Ось деякі основні дати: в 1799 Г.А. А. Мусін-Пушкін опублікував один з перших праць по технології виготовлення ВВ, в 1812 р в Росії П.Л. Шилінг вперше застосував електричний запальник для підривання порохових зарядів; У 1831 р в Англії Бікфорд винайшов вогнепровідний шнур; в 1846 f. в Італії А. Собреро отримав трінітрогліцерін. У 1853 р в Росії М.М. Зініним і В.Ф. Петрушевским було запропоновано ВВ на основі трінітрогліцеріна, аналогічне за складом динамітам.
Шведський інженер А. Нобель в 1866 р запатентував і почав випускати динаміти на основі трінітрогліцеріна з добавками 25% кизельгура (інфузорної землі). У 1867 р Нобель запатентував детонатор (у вигляді заряду гримучої ртуті) під назвою «запал Нобеля». У 1867 р шведськими хіміками І. Ольсеном і І. Норбіном були запропоновані ВВ на основі аміачної селітри, що отримали надалі назву амонітів. Однак Нобель купив цей патент і більш ніж на 20 років затримав впровадження цих ВВ в промисловість.
У 1885 р в якості ВВ почали використовувати пікринову кислоту, яку до цього багато років використовували як жовтий барвник для тканин. З 1887 р почали застосовувати тетрил, який з 1906 року є основним вторинним ініціював ВВ для виготовлення капсулів-детонаторів і електродетонаторів. Висадження шнур для ініціювання зарядів ВР був винайдений в 1879 р
C 1891 р почали застосовувати тротил, отриманий в 1863 р Це ВВ було основним для спорядження боєприпасів в першій світовій і Великій Вітчизняній війнах. Застосовується як основний компонент в амонітах, як самостійне ВВ в гранульованому вигляді (гранулотол). Найбільш потужні ВВ гексоген і ТЕН були отримані в кінці XIX в. ТЕН застосовується для виготовлення капсулів-детонаторів з початку XX ст., А з 1930 р - для виготовлення детонуючого шнура. Гексоген як ВВ застосовується з 1920 р Область застосування цих ВВ розширюється. З 30-х років в нашій країні відбувається поступова заміна нитроглицеринового динамітів на більш безпечні ВВ на основі аміачної селітри:
амоніти (суміш тротилу, селітри і пального) і дінамони (суміш селітри і пального). Ці ВВ до кінця 50-х років стали основними для кар'єрів.
Велика заслуга в розробці амонітів і дінамони належить канд. техн. наук В.А. Ассонова. Дінамони, відомі з 30-х років, особливо широко застосовувалися в період Великої Вітчизняної війни, коли країна відчувала нестачу в інших ВВ. З 1953 р дінамони не застосовуються через розшаровується ™ заряду в свердловині при заряджанні. До застосування найпростіших ВВ, що не містять тротил, вітчизняна промисловість приступила знову в кінці 50-х років на основі робіт акад. Н.В. Мельникова, проф. Г.П. Демидюка та інших фахівців, що досліджували вибухові властивості суміші 94% гранульованої аміачної селітри і 6% солярового маслаг отримали назву ігданіти.
З середини 50-х років розпочато розробку групи аміачно-селітрених ВР заводського виготовлення: потужних скельних амонітів з добавками гексогену, гранулітів і грамонітів на основі гранульованої аміачної селітри, грубодисперсних водомістких і горячельющіхся ВВ. Значне сповільнення порошкоподібними чутливість гранульованих ВВ, хороша сипкість і мале запилювання при заряджанні дозволили успішно вирішувати завдання механізації вибухових робіт на кар'єрах і рудниках. Для ініціювання зарядів ВВ зниженої чутливості були створені проміжні детонатори у вигляді пресованих або литих циліндричних шашок з тротилу та гексогену. Для підривання обводнених масивів застосовують гранульовані тротил (гранулотол) і алюмотол. Розроблено та широко використовуються піротехнічні сповільнювачі типу КЗДШ для уповільненого відривання за допомогою ДШ.
У XIX ст. для розміщення зарядів на кар'єрах здійснювалося малопродуктивне буріння шпурів бурильними молотками. З 20-х років XX ст. в СРСР починає впроваджуватися ударно-канатне буріння свердловин діаметром 150 мм, а потім до 300 мм. Цей спосіб буріння був основним до початку 60-х років. У 50-х роках на вугільних розрізах по м'яких порід починають успішно застосовувати верстати обертального шнекового буріння, а з 60-х років - верстати для буріння свердловин діаметром 150-300 мм шарошечні долотами. Одночасно велися випробування верстатів з зануреними пневмоударниками для буріння свердловин діаметром 105-160 мм, верстати вогневого буріння, а потім більш ефективного вогневого розширення свердловин, пробурених шарошечними верстатами до діаметра 400-500 мм.
В даний час на кар'єрах до 80% обсягів бурових робіт виконується шарошечними верстатами, а інший обсяг - верстатами шнекового і пневмоударного буріння.
В середині XIX ст. створена перша класифікація гірських порід рудників Коливано-Воскресенських заводів по трудомісткості їх видобутку (добиваемості).
Проф.М. М. Протодьяконов в 1911 р опублікував першу науково обґрунтовану класифікацію гірських порід за міцністю, до теперішнього часу широко застосовується в гірничій промисловості.
У 40-50-х роках проф. А.Ф. Сухановим розроблені методичні основи і створені єдині класифікації гірських порід за буримости і вибуховості, які з'явилися методичною основою для складання таких класифікацій для окремих підприємств і басейнів з метою нормування цих видів робіт.
На основі базових властивостей гірських порід акад.В. В. Ржевський розробив фундаментальні основи складання і створив класифікації гірських порід за складністю їх руйнування при бурінні і підриванні.
Ці роботи дозволили, виходячи з властивостей порід, розраховувати оптимальні режими буріння, параметри підривання, витрати на навантаження і переробку корисних копалин і є подальшим розвитком робіт в області класифікації порід.
Розрахункові методи при підриванні широко застосовувалися французькими військовими інженерами в мінно-підривній справі з XVII в. Надалі формули, виведені для умов підривання ґрунтів, стали застосовувати в гірничій справі.
М.В. Ломоносов в 1749 р вперше дав фізичне пояснення явища вибуху і його дії на навколишнє середовище. У 1871 Г.М. М. Боресков на основі робіт М.М. Фролова запропонував формулу для розрахунку зарядів на викид, якої широко користуються дотепер.
Особливо великі успіхи в розвитку теорії і практики вибухових робіт досягнуті після Великої Жовтневої соціалістичної революції. Радянські вчені академіки М.М. Семенов, Я.Б. Зельдович, Ю.Б. Харитон, М.А. Садовський, М.А. Лаврентьєв, Н.В. Мельников, чл. -корр. АН СРСР Л. Я - Компа-неец і інші виконали цикл фундаментальних робіт, за описом суті детонації зарядів ВР, дії вибуху в безпосередній близькості від заряду і на різних відстанях від нього. Великий внесок в аналіз фізичних явищ, пов'язаних з дією вибуху на гірську породу, а також в створення методів розрахунку зарядів для різних умов зробили д-ра техн. наук А.Ф. Бєляєв, Ф.А. Баум, Б.М. Шехтер, К.К. Андрєєв, Г.П. Демидюк, М.М. Докучаєв і ін.
Цікаві роботи з моделювання дії вибуху методами електрогідродінаміческіх аналогій (ЕГДА) виконані проф.О.Е. Власовим.
Фундаментальні дослідження механізму руйнування гірських порід вибухом проведені проф.Г.І. Покровським і розвинені в працях професорів О.М. Ханукаева, В.Н. Мосінца, Ф.І. Кучерявого, М.Ф. Друкована, чл. -корр. АН УРСР Е.І. Єфремова та ін.
З 1952 р на кар'єрах СРСР починає впроваджуватися короткозамед-ленне підривання, що дозволило забезпечити перехід від однорядного багатозарядних підривання, істотно збільшити масштаби вибухів і поліпшити ступінь дроблення порід.
Проводяться систематичні дослідження по розробці методів регулювання ступеня дроблення гірських порід вибухом на кар'єрах. Вивчається зміна ступеня дроблення різних по тріщинуватості і твердості гірських порід в залежності від діаметра заряду, витрати і типу ВВ, сітки розташування і конструкції зарядів, інтервалу і схеми уповільнення, точки ініціювання і т.д. Ці роботи є науково-інженерної основою для розрахунку і проведення вибухів з отриманням заданої крупності дроблення, масиву.
Пріоритетні роботи з розвитку та вдосконалення вибухів на викид проводять фахівці тресту Союзвзривпром. Так, в 1952-1953 рр. вибухами трьох серій зарядів на викид на Алтин-Топканском поліметалічних родовищі при ЛНС окремих зарядів, що перевищують 50 м, і масі зарядів до 1600 т було підірвано і викинуто більше 1 млн. м 3 гірської породи. За рахунок цього термін введення кар'єра в лад скоротився на 16 міс, а собівартість розтину знижена на 40%.
Широко використовуються вибухи на викид і скидання для переміщення великих мас грунту при будівництві гребель, насипів і т.п.
У 1966 і 1967 рр. під Алма-Атой на р. Мала Алмаатинки в ущелині Медео були проведені два вибухи серій зарядів для створення протиселевої греблі. Загальна маса зарядів першого вибуху правого берега 5290 т при ЛНС основного заряду 85 м, а другого лівобережного вибуху 3946 т при ЛНС, рівній 46 м. В результаті вибухів зруйновано і скинуто в тіло греблі близько 3 млн. М 3 скельних порід (1,6 млн. м3 першим і 1,4 млн. м3 другим) і була утворена гребля середньою висотою 84 м, шириною поверху близько 100 м і внизу близько 500 м. Ця гребля в 1973 р затримала селевий потік величезної потужності (5 млн. м3) і врятувала р Алма-Ату від катастрофічних руйнувань.
У 1968 р на р. Вахш вибухом на скидання серій зарядів загальною величиною 2000 т утворена кам'яно-накидна гребля. Обсяг греблі виявився близько 1,5 млн. М 3.
Великі обсяги грунтів були викинуті вибухами на викид при будівництві Аму-Бухарського каналу та інших меліоративних споруд в Середній Азії.
У розробці науково-інженерних основ застосування великих вибухів на викид і скидання радянські вчені займають провідне місце в світі.
Останні 15-20 років розвиваються нові напрямки використання енергії вибуху ВВ в народному господарстві для вибухового зміцнення поверхневого шару металевих конструкцій (стрілочних переводів, зубів ковшів екскаваторів, броні дробарок, і т.д.) з використанням ВВ для зварювання та різання металевих конструкцій і труб з використанням детонуючих шнурів в металевій оболонці з поздовжньою кумулятивної виїмкою, отримання нових матеріалів.
Області застосування енергії вибуху ВВ безперервно збільшуються, а обсяги споживання в народному господарстві промислових ВР і ЗІ ростуть.
література
Б.М. Кутузов «Вибухові Роботи»
|