CC BY
209
- © Ю.А. Митюшкин, Ю.А. Лысак,
А.Ю. Плотников, А.В. Ружицкий, Е.Б. Шевкун, А.В. Лещинский, 2015
УДК 622.235
Ю.А. Митюшкин, Ю.А. Лысак, А.Ю. Плотников, А.В. Ружицкий, Е.Б. Шевкун, А.В. Лещинский
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ УВЕЛИЧЕНИЕМ ИНТЕРВАЛОВ ЗАМЕДЛЕНИЯ
Приведены результаты экспериментальных массовых взрывов с увеличенными интервалами замедлений. При увеличении удельных интервалов замедления между взрывом скважин в ряду выше 35 мс/м и между рядами скважин выше 45 мс/м существенно повышаются качественные и количественные показатели массовых взрывов.
Ключевые слова: заряды, массовый взрыв, удельные интервалы замедления, качество дробления пород.
Известно, что, как с точки зрения дробления горной массы, так и минимального воздействия на законтурный массив более предпочтительны диагональные схемы короткозамед-ленного взрывания (КЗВ) с развитием взрыва с торца блока и отбойкой на подобранный забой. Инструментальные наблюдения за сейсмическим действием взрывов показали, что уровень сейсмических колебаний на близлежащих верхних уступах и в законтурном массиве при диагональных схемах взрывания в 1,5-2,5 раза ниже, чем при клиновых. При этом уменьшается зона проявления остаточных деформаций, а, следовательно, обеспечивается и сохранность законтурного массива [1].
За последнее десятилетие практически завершился переход большинства горных предприятий на применение неэлектрических систем инициирования (НСИ) взамен систем «детонирующий шнур с пиротехническими замедлителями» (ДШ + РП). Допущено к применению в России значительное количество НСИ как отечественных производителей - ИСКРА (СИНВ), Коршун, Эдилин, - так и иностранных - Рпша<<е1, Ыспе1, Нюпе1, БХБЬ
и др. [2]. НСИ передают инициирующий импульс от первичного инициатора взрывной сети (капсюля-детонатора или электродетонатора) через ударно-волновую трубку (УВТ) к капсюлю-детонатору боевика сква-жинных или шпуровых зарядов. УВТ изготавливается из нескольких слоев различных пластмасс, имеет диаметр 3-4 мм (в зависимости от производителя), на внутренней поверхности трубки напылением или наклеиванием нанесено 15-20 мг/м реактивного вещества (соответствующего ТЭНу). Поверхностные капсюли-детонаторы (мгновенного или короткозамедлен-ного действия) с вмонтированной в них УВТ встроены в соединительный блок, который обеспечивает простоту монтажа поверхностной взрывной сети, создание замедлений от 0 до 285 мс между скважинными зарядами и передачу инициирующего импульса по УВТ со скоростью около 2000 м/с к УВТ скважинных детонаторов, которые могут иметь замедление от 100 до 1000 мс и более. Это главная особенность НСИ - наличие внутрисква-жинного замедления позволяет без риска подбоя внутрискважинных волноводов проводить взрывные работы
с замедлениями в 3-5 раз большими системы ДШ + РП.
НСИ в сравнении с традиционными пиротехническими (детонирующий шнур и электродетонатор) характеризуется более высокой надежностью, безопасностью и перспективами по совершенствованию управления энергией взрыва.
Надежность НСИ обеспечивается наличием внутрискважинного замедления, реализуемого скважинным детонатором системы в комплексе с УВТ. Это означает, что взрыв заряда в первой скважине взрываемого блока происходит через время, определенное параметрами скважинного детонатора. За это время инициирующий импульс по поверхностной сети либо прошел по всей сети, либо его прохождение по сети опередило начало прохождения взрыва по скважинам блока на значительное расстояние, что исключает нарушения поверхностной взрывной сети взрывом сква-жинных зарядов.
Безопасность НСИ достигается за счет невозможности обратного прохождения инициирующего импульса от УВТ к детонатору, а также несанкционированного инициирования детонационного импульса в УВТ от постороннего источника (огонь, удар, трение, блуждающие токи и т.д.). Наглядным примером такой надежности является ситуация на Лебединском ГОКе, где в 1993 г. произвольный взрыв одной скважины вызвал преждевременный взрыв части блока, смонтированного системой ДШ + РП, а в 2003 г. взрыв одиночной скважины не распространился на другие скважины смонтированного системой НСИ блока.
Перспективность НСИ в совершенствовании методов управления энергией взрыва заключается в расширении возможностей изменения продолжительности общего времени действия энергии взрыва на массив, развития
взрыва во времени и пространстве блока, а также в снижении сейсмического действия взрыва и отсутствии выгорания части ВВ в скважинном заряде вдоль УВТ.
Оптимальное время замедления зависит от ряда факторов: физико-механических свойств и структуры массива горных пород, параметров взрывных работ и др. С увеличением крепости пород интервал замедления уменьшают до 15-35 мс, в слабых породах увеличивают до 50-80 мс [3]. Анализ формул, предложенных для расчета интервалов замедлений, показывает, что они дают заниженную величину интервалов замедления по сравнению с практическими данными и неоднозначно трактуют влияние прочностных свойств пород на изменение их значений.
Наиболее показательным для анализа применяемых замедлений является удельное замедление К - интервал времени между взрывом скважин, расположенных в соседних рядах, отнесенный к расстоянию между ними №. В нормативных документах предлагается эмпирическая формула для определения интервала замедления I
t = К№
где К = 3-9 мс/м в зависимости от крепости пород.
За 1999-2001 гг. удельное замедление системами СИНВ на практике выросло с 5-12 мс/м до 12-16 мс/м и осталось на этом уровне, что позволило на ряде предприятий снизить удельный расход ВВ на 10-15% без снижения качества дробления горной массы (против ДШ + РП) [4].
В то же время в Инструкции по применению системы инициирования ЭКСЭЛ и, при очень большом расстоянии между рядами и большом диаметре скважин, предлагаются интервалы замедления между скважинами в ряду 42 мс и между рядами - 285 мс [5].
Мотивация чисто геометрическая -при КЗВ очень важно, чтобы было достаточно времени для смещения горной массы первого ряда, прежде чем начнется смещение пород второго. При взрывании объем горной массы увеличивается примерно на 50% и за очень короткий промежуток времени необходимо обеспечить этот объем пространства, поэтому порода в ряду должна сместиться на 1/3 расстояния между рядами до момента взрыва следующего ряда.
Время замедления между рядами может изменяться от 10 мс/м в крепких горных пород до 30 мс/м - в слабых. Однако такой подход абсолютно не учитывает механику разрушения пород с волновой точки зрения, основанной на предразрушении с развитием трещин.
Качественные показатели взрывов на карьерах Навоийского ГМК с применением НСИ типа ИСКРА характеризуется компактной формой развала взорванной горной массы, что способствует снижению потерь и разубо-живания; уменьшением выхода крупнокусковых фракций горной массы; улучшением качества проработки подошвы и снижением сейсмического эффекта. Улучшение перечисленных показателей объясняется многократным взрывным нагружением массива горных пород, ибо реализуется принцип «одно замедление - одна скважина», что способствует образованию дополнительных поверхностей обнажения, увеличению соударений потоков взорванной породы [6].
Если рассматривать развитие взрыва с позиций современных представлений процесса разрушения горных пород при динамическом нагружении, то принимается, что конечная его стадия - потеря сплошности и переход среды в качественно новое состояние (ее фрагментация, обусловленная развитием макротрещин) - является лишь
заключительным актом, а сам процесс разрушения характеризуется последовательным зарождением и развитием дефектов структуры на различных масштабных уровнях - зарождением и развитием микродефектов на первой стадии и формированием макроразрушения на второй стадии [7].
В поликристаллических горных породах негидростатические сжимающие напряжения могут приводить к возникновению локальных напряжений растяжения, обеспечивающих возможность развития микродефектов, т.е. пред-разрушения. Структура области пред-разрушения породы определяется как кластер - связанные каналы сложной геометрии. На стадии предразрушения он не ведет к дезинтеграции породы, но может в значительной степени изменить ее проницаемость и при последующем нагружении породы зона предразрушения развивается в область дезинтеграции породы с образованием трещин. В силу высокой начальной интенсивности взрывного нагружения и относительно медленного затухания амплитуды в волне напряжений формируется область предразрушения значительной протяженности - она может превышать радиус взрывной полости в 30-100 раз, - т.е. это самая масштабная область по размеру изменений в массиве пород при взрыве. При этом многократное воздействие взрывных нагрузок с большим интервалом замедления вызывает разупрочнение массива пород за счет возникающих микронарушений. Воздействие каждого импульса вызывает определенное число нарушений как в результате развития существующих в породе нарушений при воздействии прямой волны сжатия, так и образования новых в местах концентрации напряжений, дислокаций, ослабленной прочности и т.д., при воздействии волны растяжения, сменяющей волну сжатия через определенный промежуток времени [8].
Рис. 1. Развал горной массы по блоку 1
Рис. 2. Развал горной массы блока 27-1
Увеличенное время между взрывами отдельных скважинных зарядов, необходимое для возникновения зоны растягивающих напряжений, позволяет усилить эффективность предразруше-ния, ибо горные породы растягивающей нагрузке сопротивляются на порядок слабее, чем сжимающей. Именно на этом эффекте основано повышение эффективности разрушения пород при больших интервалах замедления.
Такой положение, когда нет единого методического подхода при решении задачи выбора оптимальных интервалов замедления, обусловлено тем, что пока, к сожалению, нет общепризнанной теории разрушения массива горных пород методом КЗВ. Поэтому при переходе на НСИ и электронные
системы взрывания на предприятиях ООО «АВТ-Амур» были выполнены исследования по существенному увеличению интервалов замедления.
21.12.2013 г. произведен экспериментальный массовый взрыв блока 1 на горизонте +715-16(2) «Север» Албын-ского рудника в кварц-серицитовых сланцах крепостью f = 7. Поскважин-ное взрывание 272 скважин средней глубиной 5,6 м, диаметром 159 мм, размещенных по сетке 4х4 м с перебуром 0,5 м выполнено электронной системой инициирования Davey Tronic с программированием детонаторов на замедление 16 мс (К = 4) по рядам и 48 мс (К = 12) между рядами скважин.
При визуальном наблюдении взрыва разброс отдельных кусков горной массы и высота пылегазового облака - обычные. Взорванная горная масса находится в контуре взорванного блока, качество дробления удовлетворительное, основное поле взрыва имеет рельеф с резкими перепадами взорванной горной массы по высоте относительно поверхности бурового блока - от -2 до +4 м (рис. 1).
18.12.2013 г. произведен экспериментальный массовый взрыв на горизонте +710, блок № 27-1 «Север» Ал-бынского рудника в кварц-серицитовых сланцах крепостью f = 7. Поскважин-ное взрывание 296 скважин диаметром 159 мм, размещенных по сетке 4х4 м, средней глубиной 6 м с перебуром 0,5 м, выполнено электронной системой инициирования Davey Tronic с программированием детонаторов на замедление 275 мс (К = 69) по рядам и 300 мс (К = 75) между рядами скважин.
При визуальном наблюдении взрыва разброс отдельных кусков горной массы и высота пылегазового облака - обычные. Взорванная горная масса находится в контуре взорванного блока, развал горной массы не имеет резких изменений по высоте (рис. 2), качество дробления хорошее.
01.11.2013 г. произведен экспериментальный массовый взрыв блока № 23 на гор. +700 «Север» Албынско-го рудника в кварц-серицитовых сланцах крепостью / = 7. Поскважинное взрывание 423 скважин средней глубиной 5,1 м, диаметром 179-224 мм, размещенных в 28 рядов по сетке 4х4 м с перебуром 0,5 м выполнено неэлектрической системой инициирования «Нюпе1» с замедлением между скважинами в ряду 150 мс (К = 37) и между рядами - 200 мс (К = 50). Основное поле взрыва имеет рельеф с незначительными изменениями по высоте взорванной горной массы (рис. 3). Развал горной массы в сторону выработанного пространства минимальный.
Рис. 3. Развал горной массы блока № 23
При просмотре развития взрыва, снятого видеокамерой с частотой съемки 300 кадр./с1, визуально наблюдается прохождение 7-ми волн напряжений по средней части блока и 12-ти волн напряжений по концевой его части.
Рис. 4. Видеокадры развития взрыва блока 3
Видеосъемка выполнена менеджером по новым проектам ЗАО «Азот-Взрыв» М.С. Гончаруком.
4 400 мс
Рис. 5. Одновременный взрыв соседних
При этом действие волн напряжения на массив пород блока, визуально наблюдаемое в виде светлой зоны на поверхности блока (рис. 4, 30 мс), достигает конца блока к 240 мс и сохраняется все время на протяжении более 5 с до завершения массового взрыва. На действующее напряжение массива пород блока дополнительно накладываются волны повышенного напряжения различной интенсивности. Эти волны эпизодически возникают при одновременном взрыве нескольких скважин из-за разброса времени срабатывания замедлителей: завод-изготовитель допускает срабатывание поверхностного замедлителя в 200 мс через 190210 мс, а скважинного замедлителя в 1000 мс - через 960-1020 мс [4].
Сравнительные испытания на время срабатывания систем неэлектри-
Рис. 6. Откос уступа после отработки блока с замедлениями 275x300 мс
4 420мс
скважин блока № 23
ческого инициирования различных фирм-производителей (СИНВ, Эди-лин, Рпта<1е1, Ыопе1,) показали, что поверхностные замедлители всех этих систем имеют близкий интервал разброса в допустимых пределах, которые по техническим условиям не должны превышать 8-9% от номинала. Что касается скважинных замедлителей, то величина разброса в некоторых партиях почти в два раза превышает допустимые по техническим условиям: ИСКРА-С с номиналом 500 мс имеет фактический разброс замедлений от 465 до 582 мс, поэтому время замедления поверхностных систем должно быть не менее 100 мс - переход рудников на интервалы замедлений от 60 до 110 мс позволил значительно улучшить показатели взрывной отбойки [1].
На рис. 5 отмечен кружком практически одновременный взрыв двух рядом расположенных скважин блока № 23 (при замедлении в ряду 150 мс), подтверждающий влияние разброса замедлений поверхностной и сква-жинной сетей НСИ на интервал фактического замедления между взрывами отдельных зарядов.
Многократное повторение чередующихся сжимающих и растягивающих напряжений приводит к раскрытию трещин и по краю блока с формированием за счет этого четкого откоса
уступа (рис. 6) и отсутствием нарушений за линией отрыва при хорошем качестве дробления.
Выполненные экспериментальные взрывы позволили в дальнейшем расширить сетку скважин диаметром 215 мм с 5х6 до 7х7 м, увеличить выход взорванной горной массы с 18,9 м/м до 25,7 м/м, уменьшить величину удельного расхода ВВ с 0,98 до 0,84 кг/м и величину перебура на 1 м при сохранении качества дробления. Отмечено также, что крупные куски горной массы часто разваливаются в забое под воздействием ковша экскаватора, что подтверждает существенное развитие трещиноватости при длительном многократном воздействии волн напряжения в режиме «сжатие-растяжение», возможном только при таких больших интервалах замедления.
На расстоянии, большем 30 радиусов заряда, волна напряжений не мо-
жет вызвать разрушений существующих естественных отдельностей, однако поступательное движение горной массы сохраняется, поэтому происходит развал породы по существующей блочности, причем некоторые макротрещины в этой зоне растут и даже сливаются, обеспечивая дополнительное дробление [9]. Многими исследователями и нашими наблюдениями установлено, что подвижка массива с образованием новой свободной поверхности происходит через 140160 мс после взрыва скважинного заряда. Поэтому замедление в 150 мс и более позволяет вести отбойку каждой скважиной не на раскрытые трещины, как при замедлениях в 40-80 мс, а на свободную поверхность, что позволяет сформировать развал горной массы с относительно спокойной поверхностью и уменьшить его высоту при сохранении качества дробления.
1. Козырев С.А., Соколов А.В., Доиль-ницын В.М. Повышение эффективности скважинной отбойки на рудниках Хибин при использовании систем неэлектрического инициирования зарядов / Физические проблемы разрушения горных пород: сборник трудов Четвертой международной научной конференции, 18-22 октября 2004 г. - М., 2005. - С. 370-376.
2. Лихачев С.А. Анализ и перспективы применения неэлектрической системы инициирования «СИНВ» / Физические проблемы разрушения горных пород: сборник трудов Четвертой международной научной конференции, 18-22 октября 2004 г. - М., 2005. - С. 313-316.
3. Кочанов А.Н. К вопросу о выборе интервалов замедления при короткозамед-ленном взрывании / Физические проблемы разрушения горных пород: сборник трудов Третьей международной научной конференции, 9-14 сентября 2002 г. - Новосибирск, 2003. - С. 162-164.
4. Лихачев С.А., Турегельдиев В.Д. Опыт применения неэлектрической системы инициирования СИНВ на открытых горных работах / Физические проблемы разрушения горных пород: сборник трудов
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Третьей международной научной конференции, 9-14 сентября 2002 г. - Новосибирск, 2003. - С. 194-198.
5. Неэлектрическая система инициирования «ЭКСЭЛ». Технические условия. ТУ 7287-005-23308410-2006.
6. Рубцов С.К., Ершов В.П. Применение неэлектрических систем инициирования на карьерах Навоийского ГМК / Физические проблемы разрушения горных пород: сборник трудов Четвертой международной научной конференции, 18-22 октября 2004 г. -М., 2005. - С. 387-391.
7. Викторов С.Д., Кочанов А.Н., Один-цев В. И. Предразрушение горных пород как стадия процесса разрушения при квазистатическом и динамическом нагружении / Записки Горного института. Т. 171. СПб.: СПГГИ(ТУ), 2007. - С. 153-157.
8. Новикова М.А. Разработка способа производства массовых взрывов с попутной добычей гранитных блоков. Автореф. ... канд. техн. наук. - М.: МГИ, 1984. - 23 с.
9. Виноградов Ю.И., Парамонов Г. П. О распределении продуктов разрушения горных пород / Записки Горного института. Т. 171. СПб.: СПГГИ(ТУ), 2007. - С. 161166.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Митюшкин Юрий Александрович - генеральный директор,
Лысак Юрий Алексеевич - главный инженер,
Плотников Андрей Юрьевич - заместитель главного инженера,
Ружицкий Алексей Витальевич - начальник производственно-технического отдела,
e-mail: Rujitskiy@pokrmine.ru,
ООО «АВТ-Амур»;
Шевкун Евгений Борисович - доктор технических наук, профессор, Лещинский Александр Валентинович - доктор технических наук, доцент, e-mail: lesch@sdm.khstu.ru, Тихоокеанский государственный университет.
UDC 622.235
OPTIMIZATION OF PARAMETERS OF EXPLOSIVE WORKS INCREASE IN INTERVALS OF DELAY
Mityushkin Yu.A.1, General Director, Lysak Yu.A.1, Chief Engineer, Carpenters A.Yu.1, Deputy Chief Engineer,
Ruzhitsky A.V.1, Head of Production and Technical Department, e-mail: Rujitskiy@pokrmine.ru, Shevkun E.B.2, Doctor of Technical Sciences, Professor,
Leschinsky A.V.2, Doctor of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: lesch@sdm.khstu.ru,
1 LLC «AVT-Amur», 675000, Blagoveshchensk, Russia,
2 Pacific National University, 680035, Khabarovsk, Russia.
Results of experimental mass explosions with the increased intervals of delays are resulted. At increase in specific intervals of delay between explosion of chinks among above 35 ms/m and between numbers of chinks above 45 ms/m essentially raise qualitative and quantity indicators of mass explosions.
Key words: charges, mass explosion, specific intervals of delay, quality of crushing of breeds.
REFERENCES
1. Kozyrev S.A., Sokolov A.V., Doil'nitsyn V.M. Fizicheskie problemy razrusheniya gornykh porod: sbornik trudov Chetvertoi mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii, 18-22 oktyabrya 2004 g. (Physical problems of destruction of rocks: the collection of works: The fourth international scientific conference, on October, 18-22th, 2004), Moscow, 2005, pp. 370-376.
2. Likhachev S.A. Fizicheskie problemy razrusheniya gornykh porod: sbornik trudov Chetvertoi mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii, 18-22 oktyabrya 2004 g. (Physical problems of destruction of rocks: the collection of works: The fourth international scientific conference, on October, 18-22th, 2004), Moscow, 2005, pp. 313-316.
3. Kochanov A.N. Fizicheskie problemy razrusheniya gornykh porod: sbornik trudov Tret'ei mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii, 9-14 sentyabrya 2002 g. (Physical problems of destruction of rocks: the collection of works: The third international scientific conference, on September, 9-14th, 2002), Novosibirsk, 2003, pp. 162-164.
4. Likhachev S.A., Turegel'diev V.D. Fizicheskie problemy razrusheniya gornykh porod: sbornik trudov Tret'ei mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii, 9-14 sentyabrya 2002 g.(Physical problems of destruction of rocks: the collection of works: The third international scientific conference, on September, 9-14th, 2002), Novosibirsk, 2003, pp. 194-198.
5. Neelektricheskaya sistema initsiirovaniya «EKSEL». Tekhnicheskie usloviya. TU 7287-005-233084102006 (Non-electric initiation system «EXEL». Specifications. TU 7287-005-23308410-2006).
6. Rubtsov S.K., Ershov V.P. Fizicheskie problemy razrusheniya gornykh porod: sbornik trudov Chetvertoi mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii, 18-22 oktyabrya 2004 g. (Physical problems of destruction of rocks: the collection of works: The fourth international scientific conference, on October, 18-22th, 2004), Moscow, 2005, pp. 387-391.
7. Viktorov S.D., Kochanov A.N., Odintsev V.I. Zapiski Gornogo instituta. T. 171 (Notes of the College of mines, vol. 171), Saint-Petersburg, SPGGI(TU), 2007, pp. 153-157.
8. Novikova M.A. Razrabotka sposoba proizvodstva massovykh vzryvov s poputnoi dobychei granitnykh blokov (Working out of a way of manufacture of mass explosions with passing extraction of granite blocks), Candidate's thesis, Moscow, MGI, 1984, 23 p.
9. Vinogradov Yu.I., Paramonov G.P. Zapiski Gornogo instituta. T. 171 (Notes of the College of mines, vol. 171), Saint-Petersburg, SPGGI(TU), 2007, pp. 161-166.
