Развитие взрывной технологии в горном деле

Создание средств инициирования

Проблема передачи взрывной смеси «приказа» взрываться в нужное время и на нужном расстоянии возникла одновременно с созданием первых ВВ. Первоначально она решалась простым способом: на дно канавки насыпался порох, который затем поджигался. Такие пороховые дорожки были ненадежны, так как перемешивание пороха с пылью, падение камня могли вывести ее из строя. На смену канавке пришли бумажные и кожаные трубки, которые просуществовали более 200 лет. В начале XIX века стали использоваться довольно опасные «палительные» свечи.

В 1831 г. англичанином У. Бикфордом была предложена конструкция огнепроводного шнура: плотную сердцевину шнура составлял порох, а оболочкой служила джутовая ткань, пропитанная смолой. Позднее для равномерной подачи пороховой смеси во внутреннюю оплетку протягивалась нить, увлекающая из наполнительной воронки порох. Это позволило механизировать изготовление бикфордового шнура.

Развитию взрывного способа отбойки горных пород способствовало изобретение русским военным инженером П. Л. Шиллингом в 1812 г. электрического способа взрывания зарядов. Этот способ передачи импульса связан с появлением электричества. Первый практический опыт электрического подрыва был произведен П. Л. Шиллингом в 1816 г. Заметим, что такие опыты в Америке проведены только в 1829, а в Англии – в 1837 г. Первые электрические схемы были очень сложные и не позволяли взрывать много зарядов.

В 1879 году французский ученый Месен предложил в качестве средства взрывания шнур с сердцевиной из зерненого пироксилина, явившийся прообразом современного детонирующего шнура. С появлением высокобризантных ВВ сердцевина детонирующего шнура меняла свое содержание: плавленый тротил (1904), тетрил (1909), тэн (1929), азид свинца (1927). В 50-е годы XX века в разных странах запатентованы десятки конструкций детонирующего шнура.

Этапным моментом в развитии средств взрывания стали короткозамедленные взрывы – с интервалом замедления в тысячные доли секунды.

В 1934 г. при проходке вертикального ствола советским инженером К. А. Берлиным впервые в мировой практике проведено короткозамедленное взрывание, а с 1945 г. этот метод внедряется на карьерах США и создаются электродетонаторы с миллисекундными замедлениями.

ВВ используются в горном деле для дробления крепких пород. При этом ВВ располагается, как правило, внутри массива породы, для чего пробуриваются специальные выработки – шпуры, скважины. История применения взрыва в горном деле начинается с 8 февраля 1627 г., когда тиролец К. Байдель успешно использовал пороховые заряды в шпурах для проходки Верхнебобровой штольни на руднике «Банска-Штявница» в Словакии. С помощью этого метода велись подземные горные работы в Австрии, Швеции, Германии. В 1632 г. рудничные работы с помощью пороха ведутся на серебряных рудниках в Швеции. В 1687 г. впервые была применена забойка в виде деревянной пробки, а к концу XVII в., при достижении глубины бурения шпуров до 1–1,5 м, стали применять глиняную забойку.

В начале 60-х годов XIX века стали применять жидкий нитроглицерин. Вертикальный шпур обмазывали внутри глиной, чтобы предотвратить утечку ВВ. Затем через жестяные воронки заливался нитроглицерин. В заряд на огнепроводном шнуре опускался детонатор. Верхнюю часть шпура заливали водой. Второй способ состоял в том, что в нитроглицерин до половины опускали патрон с порохом, соединенный с огнепроводным шнуром, а верх шпура засыпали песком. В марте 1865 г. таким способом была взорвана гранитная скала близ Стокгольма. Шпуры глубиной 3,4 м вместили по 2 кг нитроглицерина. Взрывом было отбито 200 м³ скалы. Подобным образом взрывали в каменоломнях Германии. Этот были первые взрывные работы на карьерах.

Крупномасштабные взрывы с помощью камерных зарядов массой в десятки тонн ВВ стали применять во второй половине XIX в. для отбойки строительного камня в карьерах.

В Фриули в 1851 и 1857 г. были взорваны пороховые камерные заряды общей массой 32 т, что позволило отбить 100 тыс. м³ породы. Разработка новых ВВ и средств взрывания способствовала совершенствованию взрывной технологии.

С 1871 г. в России для добычи цинковых руд и каменного угля широко используется динамит. В конце XIX в. на нефтяных промыслах России были проведены взрывные работы в скважинах с целью увеличения дебита нефти. Развитие взрывной технологии особенно интенсивно продолжалось в начале 20-х годов XX века в связи с увеличением интенсивности и масштабов горного производства. Так как в СССР не хватало мощной буровой техники, с 1926 г. на карьерах широко применяется метод камерных зарядов с размещением большого количества ВВ (10 т и более) в подземной горной выработке (камере). Сосредоточенные заряды в камерах получили широкое распространение и в подземной разработке крепких руд Криворожья.

Совершенствование буровых станков позволило увеличить диаметр и глубину скважин на карьерах, что позволило перейти от сосредоточенных камерных зарядов к скважинным. Впервые этот метод был применен в СССР в 1927 г. при разработке крепких гранитов на строительстве Днепрогэса.

В 30-х годах в СССР взрывами зарядов на выброс впервые в мировой практике проводились капитальные траншеи для вскрытия месторождений полезных ископаемых на Подольском карьере, Коркинском угольном карьере. В 1930–1940 годах в СССР было поведено около 200 взрывов с применением крупных камерных зарядов. С середины 50-х годов началась механизация трудоемких процессов заряжания и забойки, создаются зарядные и забоечные машины.

В 60-х годах Н. В. Мельниковым и Л. Н. Марченко проведены фундаментальные исследования по применению воздушных промежутков в скважинных и камерных зарядах, внедряется взрывание на неубранную горную массу (буферное), взрывание на карьерах высоких уступов, короткозамедленное взрывание частей рассредоточенных зарядов в скважине.

С 70-х годов основные виды промышленных ВВ – гранулированные и водосодержащие аммиачно-селитренные, тротил широко применяется для изготовления шашек-детонаторов и для длительного заряжания обводненных скважин.

На рубеже XIX–XX вв. обширный практический опыт по бурению и взрыванию обощен в трудах российских и иностранных ученых. Участники Севастопольской обороны XIX века генералы М. Фролов и М. Боресков заложили основы расчета взрывов в грунтах.

В 1868 г. генерал Фролов на основании многочисленных опытных взрывов предложил формулу для расчета массы зарядов, которую в 1871 г. уточнил Боресков. Горный инженер М. М. Протодяконов одним из первых в мировой горной науке отказался от описательной характеристики горных пород и предложил их классификацию с помощью количественных коэффициентов – коэффициентов крепости, отражающих сопротивляемость породы внешним воздействиям. В 1934 г. профессор Суханов обосновал классификацию горных пород по производственным процессам, которая и поныне используется для нормирования буровых и взрывных работ. Советский ученый В. В. Ржевский разработал классификацию горных пород по трудности разрушения, введя характеристику – взрываемость.

Вопросы для обсуждения:

1. Какие ВВ использовались в горном деле до начала XIX века?
2. Расскажите историю создания и применения динамитов.
3. Как и какие ВВ были открыты в начале XIX века?

4. В чем особенность динамонов почему они получили широкое распространение именно в годы войны?

1. Как и какие средства взрывания созданы к началу XX века?
2. Расскажите об основных исторических этапах развития взрывной технологии.

Дата добавления: 2014-12-27