Взрывание наружными зарядами ВВ

 

Метод наружных (накладных) зарядов заключает­ся во взрывании зарядов ВВ, расположенных непос­редственно на поверхности разрушаемого объекта.

Этот метод применяют при дроблении негабарит­ных кусков, получаемых в процессе взрывных работ на карьерах и валунов, а также при разрушении ме­таллических конструкций, валке деревьев, подводных взрывах и при ряде других взрывных работ.

В качестве наружных зарядов обычно используют стандартные заряды (патроны ВВ, прессованные шаш­ки ВВ, кумулятивные заряды). Их характеристики при­ведены в (гл. 5).

Для повышения эффективности наружные заряды прикрывают забоечным материалом, слой которого должен быть не меньше одной — двух толщин заряда.

Наружные заряды применяют в тех случаях, когда невозможно или нецелесообразно производить бурение для размещения зарядов. Этот метод может применяться при Дроблении негабаритных кусков породы, металла, желе­зобетона при перебивании удлиненных предметов и др.

При дроблении негабаритных кусков и валунов заряд помещают на поверхности взрываемого куска Примерно над центром куска.

Масса наружного заряда Q определяется по формулам:

· при дроблении негабаритных кусков:

Q = KнV,

(3.1)

где К_н — удельный расход ВВ на дробление породы (материала), принимаемый для скальных пород в пределах 1,5-3 кг/м³;

V — объем куска, м³;

· при перебивании предметов удлиненной формы (брус, рельс, бревно и т.п.):

Q = K5S,

(3.2)

где K_s — расчетный коэффициент, г/см², принимае­мый по табл. 3.1.

S — площадь поперечного сечения перебиваемо­го предмета, см².

Таблица 3.1.

Расчетный коэффициент K_s для перебивания удлиненных предметов аммонитом №6 ЖВ

Материал	Ks, г/см2
Мягкое дерево (осина, ольха): сухое сырое	1,0-1,2 1,3-1,4
Дерево средней крепости (сосна, ель): сухое сырое	1,1-1,3 1,6-1,8
Твердое дерево (дуб, ясень, береза, лиственница и др.): сухое сырое	1,7-1,2 2,4-3,2
Вязкое дерево (вяз, карагач, берест): сухое сырое	1,9-2.4 2,6-3,4
Сталь: хрупкая каленая вязкая	18-20 22-25
Чугун: серый белый	12-14 15-17

 

Для производства взрывных работ методом наруж­ных зарядов необходимо применять мощные ВВ (тро­тил, аммонит №6 ЖВ и т.п.).

Форма наружного заряда должна быть по возмож­ности плоской, толщина его должна быть не менее критического диаметра применяемого ВВ.

Для разрушения предметов сосредоточенной фор­мы наружный заряд располагают против центра тяже­сти по возможности на плоских или вогнутых поверх­ностях. В некоторых случаях для облегчения работы зарядов следует искусственно создавать ослабленное сечение (затес дерева, подпиливание, подрезка огнем металлических конструкций и т.п.).

Заряд порошкообразного ВВ в случае привязки к предмету должен быть запатронирован в эластичную оболочку, которая при креплении к поверхности разрушаемого предмета легко повторяет ее форму и обеспечивает плотное прилегание заряда.

В качестве забойки следует применять материал, имеющийся на месте работ, удобный для равномерного расположения на заряде и не содержащий твердых тяжелых предметов (камней, кусков металла и т.п.). Хорошим забоечным материалом для наружного заря­да служит слой песка, супеси и т.п.

При взрывании нескольких наружных зарядов на одном объекте или на нескольких находящихся рядом объектах необходимо заряды размещать так, чтобы взрыв одного из них не повредил соседние заряды. Если это сделать не представляется возможным, взрывание должно производиться только одновременно при по­мощи электродетонаторов мгновенного действия или детонирующего шнура.

Запрещается закрывать заряд или детонирующий шнур камнями, щебнем и другими тяжелыми предме­тами.

 

ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ

 

Взрывные работы на карьерах

 

Технология БВР в зависимости от поставленных задач отбойка гор­ной массы на карьерах производится методом шпуро­вых, скважинных, котловых, камерных, малокамерных и наружных зарядов. Методы могут применяться каж­дый в отдельности или комбинированно, например, скважинные заряды совместно со шпуровыми для дробления породы в уступе. При этом шпуровые заря­ды располагают в верхнем крепком пласте, дающем повышенный процент выхода негабарита.

Основным методом взрывных пород на карьерах является метод вертикальных скважинных зарядов, который применяется при мощности взрываемого слоя более 2,5-3 м и наличии площадок для установки бу­рового станка. Однако при значительной высоте усту­па наклонные скважинные заряды по сравнению с вер­тикальными обеспечивают более равномерное дробле­ние породы, лучшую проработку подошвы уступа и уменьшение расхода ВВ.

Метод шпуровых зарядов применяется при:

• небольшой мощности взрываемого слоя (до 2,5-3 м);

• выборочной выемке пластов полезного ископаемо­го, когда не допускается смешивание отдельных маломощных пачек, а также при добыче особо ценных полезных ископаемых, которые требуют сохранения их структуры;

• планировочных работах и проходке небольших выемок;

• проведении выработок для массовых взрывов ме­тодом камерных зарядов;

• дроблении негабаритных кусков пород, валунов;

• дроблении мерзлых грунтов и т.п.

Метод малокамерных зарядов (рукавов) может применяться при отсутствии или недостатке буровых станков, а также в тех случаях, когда невозможно раз­местить станки в забое. Высота уступа при этом не должна превышать 8 м, а глубина рукава — 5м.

При хорошей простреливаемости горной породы и относительно невысоких требованиях к степени ее измельчения может применяться метод котловых за­рядов.

Метод камерных зарядов на карьерах имеет весь­ма ограниченное применение и может быть рекомен­дован в тех случаях, когда высота уступа превышает 12-15 м, а применять буровые станки невозможно.

Способ бурения взрывных скважин выбирается в зависимости от крепости пород и производительности буровых механизмов. При преобладании пород с груп­пой крепости по классификации СНиП не более VI-VII целесообразно применять станки вращательного бу­рения, в более крепких породах или при перемеживающихся породах различной крепости целесообразен пневмоударный и шарошечный способы бурения. В кварцесодержащих породах (кварциты и т.п.) может применяться огневой способ бурения.

При выборе диаметра заряда необходимо учиты­вать взрываемость и трещиноватость, а также требуе­мую степень дробления породы. При легко- и средневзрываемых породах, а также трещиноватых, мелко- и среднеблочных породах диаметр заряда не оказывает решающего влияния на степень дробления породы и он должен приниматься возможно большим. В крупно­блочных породах целесообразно применять скважины диаметром 150-200 мм, а в весьма крупноблочных и исключительно крупноблочных — 100-150 мм. Выб­ранный диаметр скважины не должен превышать зна­чений, вычисленных по соответствующим формулам.

Требуемая ширина развала и необходимая степень дробления породы достигается выбором соответству­ющих величин СПП, длины забойки, удельного расхода ВВ на отбойку 1 м³ породы, а также применением определенных схем короткозамедленного взрывания. Ширина развала взорванной породы В, считая от линии скважин первого ряда, ориентировочно опреде­ляется по формуле:

,

(4.1)

где q — фактический удельный расход ВВ, кг/м³;

W — сопротивление по подошве уступа, м;

Н — высота уступа, м.

Высота развала ориентировочно составляет (0,5÷0,6) Н. Работы по подготовке и проведению массового взрыва осуществляются в следующей очередности:

• расчет величин и расположения зарядов;

• разметка скважин;

• бурение скважин;

• съемка фактического расположения и глубины скважин после бурения;

• корректировка веса зарядов;

• заряжение и забойка скважин;

• производство взрыва;

• фиксирование результатов взрыва, в том числе ширины и высоты развала.

Буровой станок следует устанавливать так, чтобы ось бурения проходила через заданную точку или на расстоянии не более одного-двух диаметров скважин от нее.

По фактической сетке расположения скважин кор­ректируется вес зарядов. При этом необходимо учиты­вать, что вес скважинных зарядов, рассчитанный на оптимальные параметры, может корректироваться только в меньшую сторону. В этом случае, когда рас­стояния между скважинами завышены, увеличивать вес заряда за счет сокращения установленной длины за­бойки не допускается.

При неоднородных породах, слагающих уступ, для дробления более крепких слоев рекомендуется приме­нять более мощные ВВ.

К началу заряжания на границах опасной зоны выставляются посты оцепления и доступ посторонних лиц в зону прекращается.

Скважины, пробуренные станками огневого буре­ния, разрешается заряжать не ранее чем через 24 ч после окончания бурения.

Приступая к заряжанию скважины, взрывник дол­жен измерить ее глубину, а впоследствии следить за заполнением скважины ВВ (длиной заряда), измерять оставшуюся свободной часть скважины.

При заряжании обводненных скважин вручную необходимо учитывать повышенную вероятность обра­зования пробок при засыпании ВВ, поскольку после­днее тонет с меньшей скоростью, чем поступает в су­хую часть скважины. Заряжание обводненной части скважины должно производиться через воронку неза­висимо от диаметра скважины, причем диаметр отвер­стия воронки подбирается опытным путем.

Патроны, опускаемые в скважины, должны иметь прочное веревочное ушко. Опускать такие патроны в скважины разрешается только при помощи прочного шпагата или веревки, снабженной крючком, легко ос­вобождающимся от ушка патрона после его опускания. Сбрасывать патроны запрещается.

При заряжании натренированными ВВ обводнен­ных скважин необходимо иметь в виду, что патроны, достигнув дна скважины, за счет илистого слоя про­должают медленно опускаться, в связи с чем детони­рующий шнур или концевики проводов должны быть ослаблены.

Заряжание скважин (шпуров, рукавов) может про­изводиться вручную или механизировано.

По окончании заряжания приступают к забойке оставшейся свободной части скважины. Следует избе­гать взрывания без забойки, так как оно сопровожда­ется повышенной интенсивностью воздушной ударной волны и увеличенным разлетом породы, недостаточным использованием энергии взрыва на дробление поро­ды, на преодоление СПП.

Засыпка в скважины ВВ и забоечного материала должна производиться так, чтобы не повредить концевиков детонирующего, огнепроводного шнуров, элект­ропроводов.

После массового взрыва до начала уборки породы все видимые на развале негабаритные куски должны быть взорваны. В дальнейшем с целью создания безопасных условий работ при бурении и взрывании нега­баритные куски должны раскладываться не более чем в один слой.

Дробление негабаритных кусков породы следует производить в соответствии с пунктом «Дробление не­габаритных кусков и валунов» (стр. 169).

Допустимый размер крупных кусков (в мм) для дро­билок различных типов и с различной величиной при­емного отверстия (в мм) находится в пределах 400-1200 мм.

Максимальный допустимый размер крупных кус­ков для экскаваторов при различной геометрической емкости ковша составляет:

Емкость ковша, м3	Размер куска, м
	0,75
	0,90
	1,00
	1,10
	1,30
	1,50

При огневом способе взрывания негабарита, рас­положенного на развале, зажигание шнуров должно производиться в направлении сверху вниз.

Если участок, производящий взрывание работы, расходует одновременно свыше 150-200 электро­детонаторов на разделку негабарита, целесообраз­но организовать выдачу взрывникам со склада ВМ предварительно смонтированных сетей электроде­тонаторов.

Расчет параметров буровзрывных работ на уступе приведены в гл. 2.

 

Контурное взрывание

Контурное взрывание применяют для получения бортов выемок с гладкими и крутыми откосами (с за­ложением до 1:0), а также с целью снижения степени разрушения законтурной части массива и уменьшения сейсмического воздействия на охраняемые здания и сооружения.

На открытых горных работах и в строительстве наиболее эффективно применение метода предварительного щелеобразования, заключающегося в созда­нии экранирующей щели.

 

Рис. 4.1. Расположение контурных (1) и отбойных (2) скважин на уступе.

Контурные скважины должны быть пробурены строго параллельно откосу выемки (рис. 4.1).

Глубину контурных скважин принимают равной глубине основных скважин, в которых размещаются заряды рыхления. В том случае, когда к сохранности бортов предъявляются повышенные требования, глу­бин контурных скважин должна на 7-12 диаметров превышать глубину основных скважин (соответствен­но в трещиноватых и монолитных породах).

Заряд в контурных скважинах обычно представля­ет собой гирлянду из патронов ВВ, привязанных к ДШ. В донной части скважин помещают сплошной заряд ВВ обычной конструкции, массой в зависимости от горно-геологических и горнотехнических условий (1-5 кг). Диаметр контурных скважин должен превышать диа­метр патронов в 3-3,5 раза.

Для заряжания контурных скважин следует ис­пользовать ВВ средней работоспособности и мощности (типа аммонита №6 ЖВ, ПЖВ-20 и т.п.). Заряды в кон­турных скважинах взрывают одновременно. Интервал замедления между взрывом основных зарядов и заря­дов в контурных скважинах должен составлять не менее 100 мс в породах IV-VI групп и не менее 75 мс в породах VII-XI групп по шкале СНиПа.

Заряд не должен касаться боковых стенок контур­ных скважин. После установки гирлянды производится забойка скважин на их полную высоту. Длина забойки должна составлять не менее 15 диаметров контурной скважины. Способ взрывания зарядов в контурных скважинах такой же, как и основных зарядов рыхления.

Базовые нормативы для контурного взрывания скважинных зарядов определены для скважин диамет­ром d = ПО мм. В качестве ВВ использован аммонит №6 ЖВ в патронах диаметром 32 мм и плотностью Р = – 1 кг/м.

 

Линейная плотность контурного заряда Pg в за­висимости от группы грунтов по СНиПу

F	IV-V	VI-VII	VIII-IX	Х-ХI
Рб, кг/м	0,27	0,47	0,51	0,55

 

 

Рис. 4.2. Схема размещения патронов ВВ в шпуре (а1 = 100-150 мм; а2 = 75-100 мм; L1, L2 = 220-250 мм): а — разрез заряженного шпура; б — прикрепление патрона ВВ к ДШ (патрон прикрепля­ют в трех точках); 1 – деревянная перекладина; 2 – ДШ; 3 – электродетонатор; 4 – патрон ВВ; 5 – шпагат.

Таблица 4.1.

Базовый расход ВВ q_& кг/ 1000 м³ поверхности откола

Высота уступа, м	Расстояние между контурными скважинами, м
0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
Грунты IV-V групп по СНиПу
		599,9	514,3		399,9
		583,3		437,5	388,9
	685,7	571,4	489,8	428,6	380,9
		562,5	482,1	421,9	374,9
	666,7	555,5	476,2	416,7	370,4
			471,4	412,5	366,7
	654,6	545,5	467,5	409,1	363,6
	649,9	541,6	464,3	406,2	361,1
	646,1	538,4	461,5	403,8	358,9
	642,9	535,7	459,2	401,8	357.2
		533,4	457,2		333,6
Грунты V1-VII групп по СНиПу
		1039,9	891,4		693,3
	1213,4	1011,1	866,7	758,3	674,1
	1188,6	990,5		742,9	660,3
		974,9	835,7	731,3	649,9
	1155,5	962.9	825,4	722,2	641,9
		953,4	817,2		635,6
	1134,6	945,5	810,4	709,1	630,3
	1126,6	933,8	804,7	704,1	625,9
	1119,9	933,3	799,9	699,9	622,2
	1114,3	928,6	795,9	696,4	619,1
	1109,4	924,5	792,4	693,4	616,3
	Грунты VIII-IX групп по СНиПу
		1119,9	959,9		746,7
	1306,7	1088,9	933,4	816,7	725,9
		1066,7	914,3		711.1
		1049,9	899,9	787,5	699,9
	1244,4		888,9	777,8	691,4
		1026,7			684,4
	1221,8	1018,2	872,7	763,6	678,8
	1213,3		866,6	758,3
	1206,1	1005,1	861,5	753,8	670,1
			857,1		666,7
	1194,7	995,6	853,4	746,7	663,7
	Грунты Х-Х1 групп по СНиПу
		1199,9	1028,6		799,9
		1166,7			777,8
	1371,5	1142,9	979,6	857,2	761,9
		1124,9	964,3	843,8	749,9
	1333,3	1111,1	952,4	833,3	740.7
			942,9		733,3
	1309,1	1090,9	935,1	818,2	727,3
	1299,9	1083,3	928.5	812,5	722,2
	1292,3	1076,9	923,1	807,7	717,9
	1285,7	1071,5	918,4	803,6	714,3
	1280,1	1066,8	914,3	800,0	711,1

 

Таблица 4.2.

Базовый расход детонирующего шнура q_дш.б^', м/ 1000 м² поверхности откола

Высота уступа, м	Расстояние между контурными скважинами, м
	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
		2538,3	2204,9		1760,6
	2838,4	2393,9	2076,5	1838,4	1653,2
	2719,3	2284,5	1984,7		1576,5
		2213,3	1915,7	1692,5	1518,9
	2560,5	2153,1	1862.1	1643,9	1474,1
			1819,3		1438,3
	2464,6	2070,7	1789,2	1578,2	1414,1
	2426,6	2037,7	1759,9	1551,6	1389,6
	2394,5	2009,9	1735,3	1529,2	1368,9
	2367,2	1986,2	1714,1		1351,3
	2343,5	1965,7	1695,8	1493,4	1335,9

 

Таблица 4.3.

Базовый объем бурения контурных скважин p_s, м/ 1000м² площади откола

Высота уступа, м	Расстояние между контурными скважинами аδ, м
	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
		2199,9	1885,7		1466,7
	2566,7	2138,9	1833,4	1604,2	1425,9
	2514,3	2095,3	1795,9	1571,5	1396,9
		2062,5	1767,8	1546,9
	2444,4	2036,9		1527,8
		2016,7	1728,6	1512,5	1344,4
		2000,1	1714,3		1333,3
	2383,2	1985,9	1702,3	1489,5
	2369,1	1974,3	1692,3	1480,7	1316,2
	2357,2	1964,3	1683,7	1473,2	1309,2
	2346,8	1955,7	1676,2	1466,7	1303,8

 

Надежное образование направленной трещины обеспечивается путем одновременного взрывания кон­турных скважин с помощью ДШ.

Расстояние между заряженными контурными сква­жинами (м) при предварительном трещинообразовании можно определить по формуле (4.2) предложенной в работе [2]:

,

(4.2)

где К = 0,95-1,2 — коэффициент, учитывающий ори­ентацию естественных трещин в массиве гор­ных пород относительно плоскости оконтуривания;

d — диаметр скважины, м;

ν — коэффициент Пуассона;

Р_д — детонационное давление в заряде ВВ, Па;

V_З — объем заряда ВВ в скважине, м³;

V_C — объем скважины;

χ = 1,17-1,25 — показатель адиабаты;

σ_р — предел прочности горной породы при растя­жении, Па;

С — безразмерная величина;

т — степень затухания ударной волны в зоне раз­рушения.

Степень затухания ударной волны в зоне разру­шения:

m = 2 + v/(1-v);

(4.3)

 

в зоне образования направленной трещины:

n = 2-v/(1-v).

(4.4)

 

Детонационное давление (Па) в заряде ВВ опреде­ляют по формуле:

Рд = 10δv(4g),

(4.5)

где δ — средняя плотность заряда ВВ в скважине, кг/м³;

ν — скорость детонации, м/с;

10 — переводной множитель для системы «СИ»;

g — ускорение свободного падения, м/с².

C = δθ/(γСn),

(4.6)

где γ — плотность горной породы, кг/м³;

С_п — скорость продольной волны в горной породе, м/с.

 

Пример.

Естественная трещиноватость массива совпадает с направлением контурного взрывания К = 1,2; коэффици­ент ν = 0,26; предел прочности массива при растяже­нии δ_р = 101*10⁵Па = 10мПа; отношение V₃/Vс = 0,8; по­казатель адиабаты для зерногранулита χ = 1,2; плот­ность заряда ВВ в скважине δ =1100 кг/м; скорость детонации θ = 4000 м/с; скорость продольной волны в массиве С_п = 5650 м/с.

Решение.

1. Степень затухания ударной волны в зоне разру­шения определяем по формуле (4.3):

т = 2 + 0,26 / (1 - 0,26) = 2,35

2. Степень затухания ударной волны в зоне обра­зования направленной трещины между скважинами находим по формуле (4.4):

п = 2-0,26 / (1-0,26) = 1,65.

3. Детонационное давление в заряде ВВ подсчиты­ваем по формуле (4.5):

Р_д =10*1100*4000²(4*9,81) = 4,5*10⁸Па.

4. Отношение импеданса ВВ к импедансу породы находим по формуле (4.6):

С = 1100*4000/(3,6*10³*5650) = 0,22.

5. Расстояние между контурными скважинами оп­ределяем по формуле (4.2):

а = l,2*0,075(l + 2^1/l.65){0,26*45*10⁸*0,8^1,2/[l01*10⁵*(l-0,26)(l + 0,22)]}^1/2,35 =2,15, м.

6. Принимаем расстояние между смежными заря­женными контурными скважинами а = 2 м.