CC BY
102
С.К. Рубцов, В.П. Ершов, И.П. Бибик,
Т.П. Кустиков
ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ ИНИЦИИРОВАНИЯ НА КАРЬЕРЕ МУРУНТАУ
~П настоящее время на карьере Мурунтау применяются схемы
-Я-М взрывных сетей, подобные показанной на рис. 1.
Каждый взрываемый блок с высотой уступа до 15 м инициируется с помощью неэлектрической системы «Динашок», количество скважин в ряду порядка одного десятка, количество рядов - три десятка, общая масса взрываемого ВВ порядка 200 т.
Настоятельная потребность в увеличении добычи руды обуславливает необходимость увеличения скорости углубки карьера Мурунтау с целью скорейшего вскрытия новых рудных горизонтов. Одной из реальных возможностей достижения поставленной цели является переход на отработку сдвоенными уступами высотой до 30 м (15x2).
На карьере Мурунтау собственными силами модернизированы два станка СБШ-250МН, у одного из которых увеличена высота мачты с целью бурения скважин глубиной до 36 м, а у другого создан механизм, позволяющий бурить наклонные скважины под углами: 45,50,60,75 градусов к горизонтали длиной до 56 м.
Модернизация станков шарошечного бурения СБШ-250МН позволяет на практике реализовать технологию бурения и взрывания трещиноватых и нарушенных пород 30-метровыми уступами, показанную на рис. 3 и 3, а.
Взрывание высоких уступов имеет свои общеизвестные преимущества: увеличивается продолжительность воздействия продуктов детонации ВВ на разрушаемый массив и степень «зажима» взрываемой среды. (Взрывание на карьере производится на неподобранный забой с целью улучшения дробления
Рис. 1. Схема взрывания рудного блока в плане Ну = 15 м: 1 - взрывная машинка; 2 - электропровода; 3 - электродетонаторы мгновенного действия; 4 - магистральная нить детонирующего шнура; 5 - соединение детонирующего шнура с трубкой волноводом; 6 - трубка-волновод; 7 - вертикальные и наклонные скважины в плане; 8 - поверхностный соединительный блок, внутри которого находится капсюль-детонатор с замедлением 42 мс; 9 - то же, с замедлением 25 мс; 10 - то же, с замедлением 0 мс
и уменьшения разлёта кусков породы, сохранения структуры массива).
На карьере Мурунтау с помощью неэлектрической системы инициирования «Динашок» производится только обратное (донное) инициирование скважинных зарядов, так как общеизвестно, что при обратном инициировании напряжённое состояние массива удерживается более длительное время (от начала детонации до момента разрушения массива), чем при прямом (от устья скважины).
Рис. 2. Принципиальная схема инициирования ВВ в скважине с помощью двух внутрискважинных КД: х - штатное замедление верхнего внутрискважинного КД; y - штатное замедление нижнего внутрискважинного КД; х+г - время срабатывания верхнего КД; у+г+(1/с) - время срабатывания нижнего КД; где: l - расстояние между КД; с - скорость прохода пламени по трубке-волноводу (с=2000 м/с); x+r+(l/D) - приход волны детонации от верхнего к нижнему КД; y+r+(l/c)+(l/D) - приход волны детонации от нижнего к верхнему КД; где D - скорость детонации ВВ, причем D»c; Поэтому при х=у (например) верхний КД просто подорвет нижний, ибо: (l/c)>> (l/D). Так при взрывании 33-метровой скважины с зарядом длиной 28 м, х=у=500 мс; (l/D)=(28/4000)=0,007 с=7 мс (при D=4000 м/с); (l/c)=(28/2000)=0,0035 с=3,5 мс.
Взрывная волна от ВВ инициируемая верхним КД подорвет нижний КД еще за 3,5 мс до его собственного срабатывания
При переходе на двойные 30метровые уступы обязательно дублирование сети [1]. То есть в каждую скважину должно быть опущено 2 капсюля - детонатора (см. рис. 2).
Возможны 3 варианта размещения внутрискважинных КД:
1. Оба детонатора в донной части скважины.
2. Размещение детонаторов случайное.
3. Один из детонаторов размещается на дне, а другой - в самой
верхней части инициируемого ВВ (см. рис. 2 и 3, а).
Системы неэлектрического инициирования «Динашок», «Но-нель», «СИНВ» и др. имеют одну важную особенность: - инициирующая ударная волна проходит через волновод со скоростью 2000 м/сек.
Рис. 3. Схема взрывания рудного блока в плане Ну = 30 м, сетка скважин 5,6х5,6 м, dскв = 216 мм, удельный расход ВВ -1,2 кг/м3: 1 - взрывная машинка; 2 - электропровода; 3 - электродетонаторы мгновенного действия; 4 - магистральная нить детонирующего шнура; 5 - соединение детонирующего шнура с трубкой волноводом; 6 - трубка-волновод; 7 - трубки-волноводы, идущие в нижнюю часть скважины; 8 - вертикальные и наклонные скважины в плане; 9 - поверхностный соединительный блок, внутри которого находится капсюль-детонатор с замедлением 42 мс; 10 - то же, с замедлением 25 мс; 11 - то же, с замедлением 17 мс; 12 - то же, с замедлением 0 мс
Скорость же детонации применяемых на карьере Мурунтау ВВ- выше:
- у «Нобелана 2080»- 3300 м/сек.^3800 м/сек.;
- у «Игданита» она, правда, относительно невелика, всего 2200 м/сек.^2700 м/сек.- но один «Игданит» для зарядки скважин ,как правило, не применяется.
Здесь для расчётов принята средняя для обоих ВВ скорость детонации -3000 м/сек. (Примерно половину длины каждой скважины предполагается заряжать каждым из этих ВВ).
При применении первых двух вариантов размещения КД в скважинах один из них непременно подрывает другой, так как взрывная волна от ВВ проходит между КД скорее, чем волна по трубке-волноводу (в отличие от ДТТТ- скорость детонации которого 6500 м/с). То есть происходит простое дублирование!
При использовании третьего варианта (один КД на дне скважины, а другой - в верхней части заряда ВВ, с максимально возможной «разбежкой») возможно осуществление независимого подрыва каждого из этих КД.
На рис. 3 и 3, а приведены варианты схем взрывания и конструкции скважинных зарядов в условиях практической реализации предлагаемого способа взрывной отбойки для разрушения рудных и породных 30-метровых уступов. Представленные на разрезе 30 м уступа (рис. 3, а) конструкции комбинированных скважинных зарядов и схемы их встречного инициирования способствуют более длительной герметизации продуктов взрыва в скважине, увеличивая тем самым длительность воздействия импульса взрыва и реализуя импульсное двукратное воздействие волн напряжений на массив.
Верхний внутрискважинный КД, взрываемый, как правило, несколько позднее, чем нижний, создаёт своеобразный «газодинамический затвор» в верхней части скважины. И на забойку воздействует не вся колонка заряда скважины, а лишь верхняя, как правило, незначительная его часть (рис. 3, а). Поэтому величину забойки можно уменьшить. (С осуществлением качественной забойки скважин на карьере имеются проблемы).
На приведённом разрезе (с исключительно верхним инициированием ближайшей к откосу уступа вертикальной скважины) предлагается последовательность инициирования пары расходящихся скважинных зарядов, обеспечивающая передачу энергии взрыва в разрушаемый массив следующим образом. В результате взрыва наклонной скважины в массиве, до окончания процесса детонации ВВ в вертикальной скважине, возникает так называемая динамическая плоскость обнажения, являющаяся локальной компенсационной зоной, способствующей эффективному и направленному разрушению массива по линии ЛСПП. При этом реализуется идея
первичного разрушения массива энергией взрыва заряда ВВ в наклонной скважине, а завершающая стадия разрушения производится взрывом заряда вертикальной скважины.
Рис. З, а. Разрез рудного блока по линии I-I: 1 - Поверхностный соединительный блок с замедлением 25 мс; 2 - То же, с замедлением 42 мс; 3 - То же, с замедлением 17 мс; 4 - Внутрискважинный КД с замедлением 500 мс (верхняя часть заряда); 5 - Внутрискважинный КД с замедлением 450 мс или 500 мс (нижняя часть заряда); 6 - Время срабатывания верхнего КД; 7 - Время срабатывания нижнего КД; 8 -Ожидаемое место встречи детонационных волн в скважинном заряде (за "О" мс принято время срабатывания поверхностного соединительного блока с замедлением "О" мс); 9 - Трубки-волноводы, идущие в нижнюю часть скважин; 10 - Эмульсионное ВВ (Нобелан 2080); 11 - Игданит; 12 - Забойка скважины; 13 - Ожидаемое время прихода детонационной волны в нижнюю часть скважины (722 мс).
Время существования динамической обнажённой плоскости (локальной компенсационной зоны) в данном конкретном примере составляет
At = ібв^вн
где Ьвв - время полной детонации в вертикальной скважине, равное отношению длины заряда в скважине к средней скорости детонации комбинированного ВВ tвв = 1в/Уд = 28/3000 = 0,00933 * 9 мс,
ЬВН - время полной детонации в наклонной скважине найдено графически (рис. 3, а), так как нижний и верхний КД срабатывают с некоторым запаздыванием.
tвн = 2 мс;
ЛЬ = tвв - tвн = 9 - 2 = 7 мс.
Время (ЛЬ) существования динамической компенсационной плоскости, формируемой опережающим взрыванием заряда ВВ в наклонной скважине, является временем существования локального компенсационного пространства, обуславливающего перевод разрушенного массива из напряжённого состояния сжатия в напряжённое состояние растяжения, т.е. разрушение массива идёт в виде отрыва на компенсационные зоны под действием менее энергоёмких растягивающих напряжений.
Это обстоятельство создаёт условия к повышению степени полезного использования энергии взрыва и увеличивает размеры области регулируемого дробления.
На руднике Мурунтау в настоящее время применяют для рыхления пород и руд на уступах до 15 м схемы взрывных сетей, подобные показанной на рис. 4.
С целью уменьшения расхода поверхностных соединительных блоков «Динашок» и упрощения схемы взрывания можно предложить для экспериментальной проверки следующую схему взрывной сети (рис. 4.). При этом способе взрывания скважины одного ряда, инициируемые от одного и того же соединительного блока, на самом деле взрываются не одновременно, а с некоторым замедлением, за счёт относительно более медленного прохождения инициирующей внутрискважинные КД волны по трубкам-волноводам (2000 м/с. против 6500 м/с. у стандартных, ранее применяемых с этой же целью ДШ). Это даёт некоторую независимость взрывания каждой скважины (одновременно взрываемых рядов), описанную в источнике [2]. Расчёт по источнику [2] даёт для условий Мурунтау (трудновзрываемые породы) следующие результаты:
- время развития радиальных трещин, формирующих «зону регулируемого дробления» около каждого заряда:
при Гїзар. = 0,216 м, W = 5,6 м, Х1=1,11 мс
при dзар. = 0,250 м W = 8.0 м т1=1,29 мс.
План
Рис. 4. Взрывание рудного или породного блока в плане с помощью неэлектрической системы инициирования "Динашок". Ну = 15 м: 1 - взрывная машинка; 2 - электропровода; 3 - электродетонаторы мгновенного действия; 4 - магистральная нить детонирующего шнура; 5 - соединение детонирующего шнура с трубками-волноводами; 6 - трубка-волновод; 7 - поверхностный соединительный блок, внутри которого находится поверхностный капсюль-детонатор с замедлением 0 мс (номинально 1,75 мс); 8 - то же, с замедлением 42 мс; 9 - скважины в плане; 10 -внутрискважинный капсюль-детонатор с замедлением 300 мс
От первого заряда ко второму взрывная волна придёт соответственно через 1,07 и 1,52 мс. Причём длительность этой волны будет не более 0,7 мс. Инициирование же второго заряда произойдёт только через 3,08 и 4,40 мс (для 5,6 м и 8,0 м соответственно), то есть спустя 1,31 и 2,18 мс после прохода взрывной волны от перво-
го заряда по зоне действия второго. За это время произойдёт релаксация в этой зоне напряжений, сформированных взрывной волной от первого заряда, но останутся микро- и макронарушенно-сти в породе от действия волны. Поэтому при взрыве второго заряда эффективность разрушения им породы будет больше, чем при одиночном взрыве заряда. Также и каждый последующий заряд будет взрываться в породе, частично ослабленной действием взрывных волн от всех зарядов комплекта, инициированных ранее.
Таким образом, не будет вредного взаимного влияния на процесс разрушения породы при последовательном инициировании зарядов в одной ступени замедления, а, наоборот, только ослабление породы волнами от предыдущих взрывов комплекта.
Впрочем, при точности замедлений только донных детонаторов одной партии («Нонель») 1 мс неизвестно произойдёт ли релаксация в этой зоне напряжений, сформированных взрывной волной от первого заряда и улучшится ли дробление?
------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. «Единые правила безопасности при взрывных работах». Москва, НПО ОБТ 1992, Раздел II, Общие правила ведения взрывных работ.
2. Основные положения, § 147, с.46.
3. «Разрушение горных пород при разных способах инициирования с короткозамедленным взрыванием скважинных зарядов ВВ на карьерах», Информационный бюллетень №3 (6) 2003, с. 15-18.
— Коротко об авторах ----------------------
Рубцов С.К., Ершов В.П. - ВНИПИпромтехнологии), Бибик И.П., Кустиков Т.П. - Навоийский ГМК).
