Физическая сущность

Лекция №17

Тема: «Короткозамедленное взрывание»

До 1958 г. в Донбассе и других бассейнах взрывные работы в угольных шахтах, опасных по газу или пыли, велись только мгновенными электродетонаторами. При этом применялось одноприемное взрывание, когда весь забойный комплект шпуровых зарядов взрывается от одного электрического импульса (за один прием). Это наиболее простой и безопасный вид взрывания.

Однако метод взрывания всех шпуровых зарядов за один прием при использовании только электродетонаторов мгновенного действия не оправдал себя на практике. Эффективность его очень низкая, а вероятность повреждения крепи горных выработок высока. К тому же, применявшиеся в то время электродетонаторы мгновенного действия имели большой разброс во времени срабатывания, достигавший в ряде случаев 100 мс и более, а также низкую инициирующую способность, не обеспечивая возбуждение нормальной детонации зарядов ВВ. Это, в свою очередь, приводило к неуправляемой очередности взрывания отдельных шпуровых зарядов в забое выработки со значительными временными замедлениями и к отказам.

Поэтому было распространено многоприемное взрывание, при котором забойный комплект шпуровых зарядов взрывается в два или несколько приемов, что, однако, создавало опасность воспламенения метана и угольной пыли. Главная причина опасности состояла в том, что требования ЕПБ относительно порядка заряжания шпуров и взрывания зарядов нередко нарушались. Требованиями ЕПБ допускается заряжать такое количество шпуров, заряды в которых будут взорваны за один прием и с расчетом, чтобы между очередными взрываниями было обеспечено проветривание, замер газа, уборка отбитого угля и ряд других мер. Поскольку на выполнение этих операций требуется время и дополнительные материальные затраты, иногда в нарушение требований правил и пренебрегая опасностью, взрывник и лица, ответственные за организацию взрывных работ, в ряде случаев опасно упрощали: заряжали все пробуренные шпуры, а шпуровые заряды взрывали по очереди: сначала врубовые, а затем отбойные, причем через промежутки времени, которых было недостаточно для проветривания, а содержание газа между взрываниями замеряли не всегда. В этих условиях осмотр забоя после предыдущего взрывания не мог быть достаточно тщательным. Наблюдались случаи обнажения заряда или части зарядов в шпурах взрывами предыдущих шпуровых зарядов ВВ. Такое упрощение в отдельных случаях являлось причиной воспламенения газа или пыли, так как обнаженный заряд взрывался в загазированной среде при обильном образовании угольной пыли.

Кроме того, многоприемная технология взрывания приводила к значительным потерям времени, а темпы проведения выработок были низкие (25…35 м в месяц). Резервов по увеличению скорости практически не было. Поэтому следовало разработать для шахт, опасных по газу или пыли, такой способ взрывания, который по простоте и безопасности не уступал бы одноприемному взрыванию, а по эффективности разрушения пород приближался бы к многоприемному.

В 1952-1953 гг. на основании результатов фоторегистрации с использованием скоростной киносъемки процессов и осциллографирования явлений взрыва в массиве, а также результатов натурных экспериментов по влиянию различных факторов на эффективность и безопасность разрушения горных пород взрывом был разработан способ, получивший название короткозамедленного или миллисекундного взрывания.

Короткозамедленное взрывание (КЗВ) – одноприемное последовательное взрывание отдельных зарядов или отдельных групп зарядов с заранее заданными миллисекундными промежутками времени (рис. 10.1). Миллисекундные интервалы между взрывами – важнейший фактор обеспечения безопасной в отношении воспламенения метана и угольной пыли работы всех взрывающихся в забое зарядов, а также принципиальное отличие этого метода от многоприемного взрывания.

При КЗВ разрушение массива зарядами первой очереди аналогично разрушению взрывом одиночного заряда. В результате взрыва призма выброса оказывается раздробленной, а под действием остаточного давления газообразных продуктов происходит ее сдвижение. Массив в этот период находится в напряженном состоянии. Когда взрываются заряды второй и последующих очередей с малыми интервалами замедления, в массиве возникает сложная картина интерференции волн напряжений (прямых и отраженных от взрыва последующих зарядов). Время нахождения участка массива в напряженном состоянии увеличивается. Снижается сейсмическое действие взрыва на окружающие сооружения в результате одновременного взрыва меньшего числа зарядов, уменьшается трещинообразование в законтурном массиве. Происходит взаимодействие взрывов зарядов смежных серий.

Таким образом, получаемый при КЗВ эффект определяется интерференцией волн напряжений от соседних зарядов; образованием дополнительных открытых поверхностей, соударением разлетающихся кусков при взрыве соседних зарядов.

Если интервалы малые, наблюдается интерференция волн напряжений, средние – образование дополнительных открытых поверхностей, большие – также соударение кусков. Перечисленные факторы следует рассматривать как составные элементы единого процесса взаимодействия зарядов при КЗВ.

Интерференция волн напряжений происходит в случае, когда направление смещения частиц от предыдущего и последующего взрывов совпадают. При этом увеличиваются суммарные смещения, напряжения и интенсивность разрушения массива.

В результате исследований, проведенных МакНИИ, было установлено время начала сдвижения массива после взрыва, которое равно: для песчаников 4,3…10 мс при одной открытой поверхности, 0,4…12 мс при двух открытых поверхностях; для глинистых сланцев соответственно – 6…87 и 3…27 мс; для угля при одной открытой поверхности – 9…23 мс.

Волновые процессы в массиве после взрыва заряда массой 0,6…0,9 кг завершаются в среднем за 4…6 мс. Скорость разлета пород переднего фронта составляет 60…70 м/с, а при последующих – 3…6 м/с.

Дополнительные открытые поверхности при взрыве предыдущих серий зарядов обеспечивают образование в массиве дополнительных отраженных волн растяжения от взрыва последующих серий. Это увеличивает эффект разрушения, ослабляет массив и облегчает его окончательное разрушение давлением газов взрыва. В сторону открытых поверхностей происходит сдвижение породы. Перемещающиеся при взрыве куски породы соударяются следствие того, что участки массива при взрыве имеют разные скорости и направления движения.

17.2 Параметры для шахт, опасных по газу или пыли. Основные параметры, определяющие условия безопасного применения короткозамедленного взрывания в шахтах, опасных по газу или разрабатывающие пласты, опасные по взрывам пыли: общее время взрыва всего комплекта шпуровых зарядов ВВ в забое; интервал замедления между взрывами смежных шпуровых зарядов; расстояние между шпуровыми зарядами; расстояние от зарядов ВВ до открытой поверхности. Рассмотрим эти параметры.

Общее время взрыва всего комплекта шпуровых зарядов в забое. Это время замедления взрывания последней ступени ЭД с учетом разброса по времени срабатывания. Оно должно быть таким, чтобы в процессе взрывания шпуровых зарядов ВВ в призабойном пространстве не образовалась взрывчатая метановоздушная смесь.

Результаты экспериментальных исследований динамики концентрации метана свидетельствуют, что через 270…520 мс после взрывания зарядов вблизи забоев появляются угрожающие концентрации метана (2,5…4,2%), а через 1…5 с концентрация метана может достигать взрывоопасного предела и удерживаться в течение нескольких (до 10) минут. Поэтому общее время взрыва: при применении взрывчатых веществ III и IV классов не более 220 мс, V и VI классов – 320 мс.

Интервал замедления между взрывами смежных шпуровых зарядов ВВ. Второй не менее важный параметр – максимальный интервал замедления между отдельными сериями взрывания смежных шпуровых зарядов. Смежными называют шпуровые заряды ВВ, расстояние между которыми не превышает двукратного минимально допустимого. Это время должно быть таким, чтобы исключалась возможность бокового обнажения шпурового заряда к моменту его взрывания. Оно весьма опасно, так как ужесточает на одну-две и даже на три ступеньки условия взрывания зарядов ВВ, т. е. требует применение ВВ класса VI вместо III, IV или V. Кроме того, в процессе бокового обнажения возможна деформация шпурового заряда ВВ, что может привести к его отказу.

Установлено, что время начала образования дополнительных поверхностей 25…46 мс. Из результатов эксперимента замедление между взрывами смежных шпуровых зарядов принимают равным не более 40 мс.

Величина этого времени имеет решающее значение для эффективности разрушения горных пород взрывом. Ведь при малых интервалах имеет место только интерференция волн напряжения, при средних – и образование дополнительных отрывных поверхностей, при больших – также соударение кусков. Поэтому, например, в Бельгии минимально допустимое время между взрывами врубовых шпуровых зарядов (они взрываются всегда первыми) и вспомогательных (второй серией) для высокопредохранительных ВВ увеличено до 60…80, а в США – до 100 мс. В нашей стране решили снижать допустимые расстояния между шпуровыми зарядами и открытой поверхностью.

Расстояния между шпуровыми зарядами ВВ. Важнейшим показателем, влияющим на безопасность и эффективность взрывных работ, является устойчивость детонации ВВ. В то же время разновременное взрывание шпуровых зарядов ВВ, в том числе с миллисекундными интервалами между отдельными взрывами, может при определенных условиях воздействовать на соседние шпуровые заряды, взрываемые в последующих сериях. Например, количество неполных детонаций непредохранительных ВВ класса II в породных и угольных забоях на шахтах Донбасса достаточно велико.

Исследования МакНИИ доказали, что одна из основных причин неполных детонаций – уплотнение ВВ соседними, ранее взорвавшимися сближенными зарядами. Установлено, что аммонит 6ЖВ в мягких породах дает неполные детонации при расстоянии между зарядами до 40 см, в породах средней крепости – до 30 и в крепких – до 20. Почти все затухания наблюдались в стыках между патронами. Аммонал скальный №1 не давал затуханий детонации. Эти процессы в свою очередь – основные технологические причины выгорания шпуровых зарядов ВВ, а именно:

· переуплотнение патронов ВВ до плотности выше критической (остаточное давление в соседних шпурах может достигать 30 МПа);

· раздвижка патронов в шпуре вплоть до выбрасывания патрона-боевика из шпура (в горизонтальных и наклонных выработках средняя скорость выбрасывания равна 3,8 м/с, максимальная – 10 м/с);

· образование угольных и породных пересыпок между отдельными патронами за счет откольных явлений.

Минимально допустимые расстояния между шпуровыми зарядами a_min, при которых исключается отрицательное действие взрыва одного заряда на другой, установлены экспериментально (табл. 17.1).

Таблица 17.1 - Минимально допустимые расстояния между шпуровыми зарядами ВВ

Условия взрывания	аmin, мм, в зависимости от класса ВВ
II	III-IV	V	VI
По углю По породе, если: f < 7 f = 7…10	0,60   0,50 0,40	0,60   0,45 0,30	0,50   0,30 –	0,40   0,25 –
f >10	Определяется нормативами, разработанными по согласованию с МакНИИ

Расстояние от шпурового заряда ВВ до открытой поверхности. За это расстояние принимается минимальная угольная или породная перегородка между шпуровым зарядом ВВ и какой-либо плоскостью в горном массиве, через которую взрыв заряда ВВ не воспламенит взрывчатую метано- или пылевоздушную смесь.

Для установления расстояния заряды ВВ взрывали в углецементных блоках и в стальных канальных мортирах, размещенных во взрывчатой смеси. Результаты позволили установить, что расстояние от заряда ВВ до ближайшей открытой поверхности должно быть по углю не менее 0,5 м при применении ВВ классов IV и V и не менее 0,3 м – класса VI; по породе – не менее 0,3 м.

Дата добавления: 2014-10-22