CC BY
28
УДК 622.235.213:622.8
П.И. Кушнеров
Кемеровский филиал ЗАО ИТЦ «Взрывиспытания»
В.И. Буханов
ООО НПО «Взрывное дело»
Безопасные расстояния между смежными зарядами ВВ при групповом взрывании
Приведены результаты исследований опасности сближения зарядов ВВ в смежных шпурах при групповом взрывании. При исследованиях авторы впервые использовали специальные устройства и приборы для обследования стенок шпуров и измерения вновь образовавшейся полости под действием соседнего деформирующего заряда.
Исследована степень откольного эффекта в зависимости от крепости пород и величины зарядов ВВ в шпурах
При групповом взрывании зарядов в шпурах (скважинах) через секундные интервалы времени всегда происходит их боковое взаимодействие. Однако при малых интервалах замедлений (до 15 мс) считалось, что взаимодействие между шпуровыми зарядами незначительно и опасности не представляет, поэтому расстояния между зарядами при внедрении короткозамедленного взрывания (КЗВ) не лимитировались.
На практике после внедрения КЗВ оказалось, что это взаимодействие существует и встречается довольно часто при малых расстояниях между шпуровыми (скважинными) зарядами. По времени процесс взаимодействия длится всего несколько миллисекунд. Например, ударная волна от активного (деформирующего) заряда достигает пассивный смежный заряд за промежуток времени около 1 мс [1, 2].
Ударная волна от деформирующего заряда, достигая стенки шпура, отражается от нее, как от любой другой поверхности. При отражении ударной волны на границе раздела «порода - воздух» возникает напряжение, под действием которого горный массив испытывает
растяжение в сторону полости шпура (скважины), так как отраженная волна является волной растяжения [3, 4]. Горные породы слабо сопротивляются действию растягивающих сил, поэтому стенки смежного шпура деформируются. Образовавшаяся при этом породная (угольная) мелочь заполняет свободный радиальный зазор между патронами ВВ и стенкой шпура.
Интенсивность откольного эффекта исследована непосредственно в производственных условиях путем измерения объема полости «пассивных» (исследуемых) шпуров по углю, расположенных на разных расстояниях от деформирующего заряда.
Методика исследований состояла в следующем. В опытном забое бурили четыре шпура по схеме, представленной на рисунке 1. При этом один из них размещался в плоскости с деформирующим зарядом (по напластованию пород), второй - в плоскости, перпендикулярной напластованию, и третий - под углом 45° к плоскости напластования пород. Длина шпуров изменялась от 1,6 до 2,2 м. Перед каждым опытом шпуры тщательно очищались от буровой мелочи с помощью сжатого воздуха (шахты Донбасса).
Аналогичные опыты были проведены также в Кузбассе, когда по степени зажатия деревянного забойника оценивалась интенсивность деформаций стенок смежных шпуров и величина откольного эффекта. При этом было установлено, что расстояния между шпурами, при которых трудно вытащить деревянный забойник из полости исследуемого шпура, соответствуют условиям, когда патроны ВВ могут уплотняться до величины 1,3 г/см [5].
|
1 - шпур с зарядом ВВ - деформирующий заряд;
2 ,3, 4 - исследуемые шпуры - пассивные заряды
Рисунок 1 - Схема расположения шпуров при исследовании
Диаметры (размеры полостей) исследуемых шпуров измерялись до и после взрыва деформирующего заряда также с помощью специального измерительного устройства (рисунок 2) в двух взаимно перпендикулярных направлениях, из которых одно ориентировалось по направлению распространения ударной волны от деформирующего заряда. Интенсивность откольного эффекта в каждом опыте оценивалась по объему образовавшейся полости шпура в местах его проявления путем сравнения полученного диаметра шпура Дн с первоначальным его значением Д0.
1- шток; 2 - пружина; 3 - система шарнирно-соединительных планок;
4 - указатель, фиксирующий величину раздвижки планок
Рисунок 2 - Устройство для измерения диаметров исследуемых шпуров
Внутрь металлической трубы диаметром 25 мм помещался шток (масштабная линейка) 1, который в исходном состоянии под действием пружины 2 стремился выдвинуться в сторону системы шарнирно соединенных между собой планок 3. Размер измерений при этом увеличивался. При вводе данного устройства в полость шпура система шарнирно соединенных планок сжималась, а шток-линейка, имеющая на конце измерительную шкалу, оттарированную с точностью до 1 мм, показывала величину раздвижки планок. С помощью данного прибора выявлялись зоны максимальных деформаций стенок шпуров, т. е. зоны максимального проявления откольного эффекта. В этих зонах измерялся размер образовавшейся полости Н, по которому оценивалась интенсивность откола на стенках шпуров в зависимости от расстояний L между исследуемым и деформирующим зарядами, крепости пород f и величины деформирующего заряда q.
Затем шпуры тщательно осматривались изнутри с помощью прибора РВП-452 для визуальных исследований полостей стволов орудий, который в данной работе использовался для осмотра стенок шпуров (рисунок 3), и по изменению объема полости Н производилась
оценка силы действия деформирующего заряда, т.е. интенсивности «откола» на стенках шпуров.
1 - окуляр; 2 - труба с системой линз; 3 - осветительная линза; 4 - корпус осветительного устройства; 5 - источник питания
Рисунок 3 - Прибор РВП - 452
Светильник прибора был снабжен индивидуальным батарейным питанием, размещенным в специальном металлическом стакане 4. При этом электролампа была закрыта предохранительным колпачком из оргстекла и загерметизирована.
Установлено, что частицы, отколовшиеся от стенок шпуров, могут иметь форму тонких пластин или кусочков размером до 1 см и более (рисунок 4).
1 см
Рисунок 4 - Кусочки породы, отколовшиеся от стенок шпуров, со следами воздействия бурового инструмента
Масса шпуровых зарядов д при исследованиях изменялась в пределах от 0,4 до 1,2 кг, а коэффициент крепости пород / по шкале М.М. Протодьяконова - от 3 до 11. Расстояния между шпурами Ь изменялись от 21 до 74 см. Коэффициент разрыхления породной мелочи,
отколовшейся от стенок шпуров, составлял 1,80 - 1,95. Всего проведено более 60 опытных взрывов. Результаты измерений по 47 опытным взрывам, которые были обработаны на электронно-вычислительной машине «Минск - 2» по специальной программе корреляционного анализа, приведены в таблице 1 [6].
Установлено, что параметры д, / и Ь связаны с величиной Н и между собой как
Н = Ф( Ь);
Н = До + 6,25-107 • Ь "4 . (1)
Зависимость откольного эффекта Н от расстояний Ь между исследуемым смежным шпуром и деформирующим зарядом, рассчитанная по формуле 1, аппроксимирует экспериментальные данные с точностью до 5% и действительна в пределах, когда 3 < / > 7; 0,3 > 1,2 кг; Д ВВ = 36 мм, при исходном среднем диаметре шпуров 45 мм.
Результаты фактических измерений величины Н в заданных условиях приведены в таблице 1 и на рисунке 5.
Таблица 1 - Зависимость интенсивности откола Н от д, / и Ь
Исходные данные Результаты опытных взрывов
д, кг / До , мм Ь, см Н, мм
0,15 3 - 5 41 32 43,7
45 23-30** 45
41,3 33-34** 41,3
41,3 21 ж *
0,6 3 - 5 49 43 81,8
47 39 86,3
48 41 70,2
48 50 61,0
48 49 56,4
48 74 52,0
42,6 70 42,6
48 45 58,0
44 37-37-37** ж
0,6 6 - 7 41,3 42 44,4
41,3 41 59,0
41,3 28-31** ж
43 45 84
43 47 45
45 45 49
47 46 47
Окончание таблицы 1
Исходные данные Результаты опытных взрывов
С кг / Д , мм Ь, см Н, мм
0,45 0,60 7 - 8 45 46,5 40 30 52 61,5
42,5 46 52,5
47,8 44 85
3 - 5 46,0 43 60
0,9 45,0 59 45
46 40 <Х)
45 33 60,6
6 - 7 49 39 56,4
45 31-36-41** 45
42,6 57 51,6
43,8 44 66,8
4 - 5 47 58 49,4
45 40 79,8
1,2 45 41 64,4
45 52 56,0
45 44 <Х)
6 - 7 41,5 30 63
41,5 36 58,8
* Полость шпура запрессована породной мелочью или сдавлена. ** При данных расстояниях результаты одинаковы.
20
30
40
50
60
Н
100 1 1 ■
90 » ч к
80
70
60
50
40 -1-"1 —
70
80
Рисунок 5 - Зависимость интенсивности откола Н от величины расстояний между шпурами Ь
При заданных значениях с и / зависимость Н от расстояний Ь проявляется в диапазоне от 35 до 70 см. При расстояниях менее 35 см значение Н характеризует зону пластических деформаций, а при расстояниях более 70 см свидетельствует об отсутствии от-кольного эффекта. В этом случае стенки смежных шпуров под воздействием деформирующего заряда могут колебаться (зона упругих колебаний), что также представляет опасность, по-
скольку в этом случае упругих колебаний может оказаться достаточно для создания между торцами патронов ВВ пересыпок, приводящих к отказу или выгоранию шпуровых зарядов.
Такого рода колебания (вибрации) были зафиксированы с помощью специальных электроконтактных датчиков [2], изготовленных из двух полиэтиленовых ампул от патронов ПВП-1, вставленных одна в другую и закрепленных на изоляторах таким образом, чтобы между ампулами по всей длине сохранялся равномерный воздушный зазор величиной от 0,5 до 1,0 мм. Стенки ампул в зазоре покрывались тонким слоем станиоля.
Величина допустимых (безопасных) расстояний Ьд между шпурами по породе определялась из зависимости:
Ьд = 0,47 + 0,12 д - 0,03 /. (2)
где д - масса деформирующего заряда, кг;
/ - крепость пород по шкале М. М. Протодьяконова.
Значения безопасных расстояний для аммонита ПЖВ-20 при взрывании в породных забоях, полученные расчетом по формуле (2), приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Безопасные расстояния между смежными зарядами
Коэффициент крепости пород / Расчетные значения безопасных расстояний Ьб, см, при величине заряда ВВ, кг Рекомендуемые расстояния*, см
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
3 42 44 46 48 50 45
4 39 41 43 45 47
5 36 38 40 42 44
6 33 35 37 39 41
7 30 32 34 36 38
8 27 29 31 33 35 30
9 24 26 28 30 32
10 21 23 25 27 29
* Расстояния, рекомендуемые Ростехнадзором как минимально допустимые.
На практике при взрывании угля ситуация с безопасными расстояниями сложнее. Например, при мягких углях (/ = 0,5 -1,0) на шахтах Осинниковского района интенсивный от-кольный эффект наблюдался уже при расстояниях между шпурами 0,8 м. И наоборот, в
крепких углях при коэффициенте крепости / > 2 откольный эффект проявлялся при расстояниях менее 0,45 м (шахта «Коксовая-2»). Отсюда следует, что расстояние между шпуровыми зарядами по углю величиной 0,60 м, предусмотренное ЕПБ при взрывных работах, не является оптимальным для всех углей.
На основании изложенного рекомендуется расстояния между шпурами по углю в проектах паспортов БВР принимать не менее 0,8 м, а затем уточнять при опытных взрываниях по условиям эффективности. При этом изменения расстояний в сторону увеличения с целью исключения бокового взаимодействия не регламентируются.
При ведении взрывных работ на очень крепких углях минимально безопасным можно считать расстояние 0,45 м. При этом в паспортах БВР расстояния между шпуровыми зарядами также должны приниматься с запасом и корректироваться по результатам эффективности опытных взрываний.
При использовании высокопредохранительных ВВ, например ВВ V и VI классов, величина безопасных расстояний между смежными зарядами может уменьшаться на 8-15 см в зависимости от мощности ВВ. При этом целесообразно интервалы времени между сериями замедлений в смежных шпурах увеличивать, поскольку наличие второй плоскости обнажения и достаточного компенсационного объема между целиком и отбитой предшествующим взрывом горной массой повысит эффективность взрывания.
Для очень крепких пород (/ > 10) расстояния между смежными шпурами по условиям
исключения откольного эффекта можно не регламентировать. Однако при этом возникает другая опасность - выброс из шпуров внутренней забойки и вытаскивание электродетонаторов за концевые провода вместе с патроном-боевиком.
Основные выводы по результатам выполненных работ
1 При взаимодействии зарядов ВВ в смежных шпурах при групповом взрывании возникает «откольный эффект» (разрушение стенок шпуров с отрывом мелких кусочков горной массы). Образующаяся в шпуре угольная мелочь заполняет воздушный радиальный зазор и сдавливает патроны ВВ. При этом ВВ успевает уплотниться до 1,2-1,6 г/см . Степень взаимодействия зависит от мощности заряда ВВ, расстояния между шпурами и от крепости пород.
2 Величины безопасных расстояний между смежными шпурами рекомендуются:
по углю
- 80 см при очень мягких углях (/< 1);
- 60 см при углях средней крепости (/ = 1-1,5);
- 45 см при углях очень крепких (/ > 1,5).
по породе
- 0,45 см по породам средней крепости (/ = 3 - 7);
- 0,30 см по породам крепким (/ > 7 < 10).
При очень крепких породах (/ > 10) откольный эффект практически отсутствует. Однако под действием упругих колебаний стенок шпуров может происходить смещение забойки вдоль оси шпура вместе с патроном-боевиком вплоть до его преждевременного выброса в призабойное пространство.
3 Взаимодействие зарядов ВВ смежных шпуров при КЗВ не зависит от времени замедления применяемых ЭДКЗ, поскольку для прохождения ударной волной расстояния 100 см между смежными шпурами по углю потребуется не более 1 мс.
4 Незначительный откольный эффект в смежных шпурах также представляет определенную опасность, поскольку в этом случае породная (угольная) мелочь может попадать между торцами патронов ВВ, создавая опасность их отказов или «выгораний». В связи с этим на практике фактические расстояния между шпурами (скважинами) рекомендуется увеличивать на 10 - 15 % от норм, предусмотренных действующими ЕПБ при взрывных работах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Петров, Н.Г. Короткозамедленное взрывание в шахтах. -М.: Недра, 1964.
2 Кушнеров, П.И. Безопасность взрывных работ при электровзрывании на угольных и сланцевых шахтах. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2005. - 611 с.
3 Баум, Ф.А. Процессы разрушения горных пород взрывом //Взрывное дело: сб. № 52/9. - М.: Госгортехиздат, 1963.
4 Ханукаев, А.Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом. -М.: Недра, 1974. -224 с.
5 Кушнеров, П.И. Основные проблемы безопасности взрывных работ на шахтах// Безопасность угольных предприятий: сборник /ФГУП НЦ ВостНИИ. - Кемерово, 2004. -С. 190-198.
6 Кушнеров, П.И. Исследование степени опасности откольного явления в шпурах статистически-математическим методом/ П.И. Кушнеров, М.А. Трофимчук, Г.А. Кривогубец // Сб. научных статей МакНИИ. -Макеевка, 1968.
