Классификация способов взрывания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Первым известным человечеству взрывчатым веществом (ВВ) был чёрный порох, который использовали в начале для огнестрельного оружия и для разрушения военных укреплений.

Применение пороха в России в созидательных целях началось в середине XVI в. Для подрывания на реках скал и камней, мешавших судоходству.

Для подрыва крепостных стен подземными снарядами чёрный порох впервые при осаде Будапешта 1489 г. и Казани 1552 г.

В горном деле чёрный порох для заряжания шпуров применён в 1627 г. в Германии при проведении штольни.

При разведке и разработке месторождений полезных ископаемых первостепенной задачей имеют буровзрывные работы. Начальным процессом технологии добычи пород является их отделение от массива и дробление на куски определенных размеров.

В настоящее время универсальным и практическим единственным высокоэффективным способом подготовки горных пород к выемке с коэффициентом крепости выше шести по классификации проф. Протодьяконова М.М., является разрушение пород энергией взрыва.

Для ведения взрывных работ в массиве пород бурят шпуры, скважин или проходят камеры, в которых размещают, а затем взрывают заряды ВВ.

Взрывные работы ведутся с целью добычи минерального сырья на карьерах, сооружения выемок полок в транспортном строительстве, врезке оснований, сооружений котлованов и т.д.

Классификация способов взрывания

Грунты и скальные породы взрывают для устройства выемок, траншей и котлованов, земляных плотин и каналов, галерей и других инженерных и подземных сооружений, при рыхлении мерзлых, полускальных и скальных грунтов, а также при реконструкции промышленных объектов. Для этого применяют заряды выброса, рыхления и камуфлеты (заряды для образования пустот). Все эти виды зарядов на практике называют горнами.

При наиболее распространенной технологии ведения взрывных работ на рыхление, а также на выброс и на сброс параметры буровзрывных работ должны быть выбраны так, чтобы обеспечить: необходимую интенсивность и равномерность дробления грунтов и пород; соблюдение отметок, размеров и формы площадок и откосов выемок в соответствии с установленными по проекту; создание определенной формы и размеров развала, а также достаточного объема взорванной массы для бесперебойной и производительной работы выемочно-погрузочного оборудования; экономичность и безопасность работ.

Эффект наружного действия заряда выброса (горна) характеризуется радиусом воронки г, измеряемым в плоскости поверхности грунта, и видимой глубиной воронки р (от поверхности грунта до дна воронки).

Рассмотрим основные методы взрывания.

Шпуровой метод. Применяется при небольших объёмах работ, при добычи крупных блоков строительного отделочного камня, при разработки особо ценных полезных ископаемых. Применение метода шпуровых зарядов позволяет получить лучшее дробление горной породы. Недостаток метода - большие трудовые затраты на бурение и взрывание.

Шпуровой метод применяют на открытых и подземных разработках. Шпуры заряжают тротиловыми шашками, патронами из гигроскопических или порошкообразных ВВ. Заряд ВВ в шпуре должен занимать не больше 2/3 его длины; верхнюю треть шпура заполняют забойкой (забивкой). Шпуры забивают сначала пластичной песчано-глинистой смесью, затем песком или буровой мукой.

Каждый ряд шпуровых зарядов взрывают одновременно электрическим способом или с помощью детонирующего шнура: сначала взрывают ближайший к забою ряд, потом следующий за ним и т.д. При наличии электродетонаторов замедленного действия заданная последовательность взрывания рядов обеспечивается различным замедлением в рядах.

Для разрушения отдельных камней целесообразно применять шпуры небольшого диаметра (25…30 мм), которые бурят на длину, равную 0,5 - 0,75 высоты камня. Расстояния между шпурами принимают равными одной-двум длинам шпура. Все заряды в шпурах взрывают одновременно. Одиночные шпуровые заряды применяют также для корчевания.

Метод котловых зарядов в условиях транспортного строительства применяют в основном на открытых горных работах и реже в подземных условиях, так как многократное простреливание основания шпуров и скважин приводит к загазовыванию подземных выработок и необходимости проветривания рабочего пространства после каждого простреливания.

Метод котловых зарядов целесообразно применять при отбойке уступов, рыхлении скальных выемок и взрывании на выброс в хорошо простреливаемых необводненных породах. Метод котловых зарядов позволяет значительно сократить объем работ по бурению скважин и шпуров и резко уменьшить сроки проведения подготовительных выработок по сравнению с теми же показателями при методе камерных зарядов. К недостаткам метода относят ограниченный перечень пород, в которых при прострелке образуется полость, а также трудность замера конфигурации и объема котлов.

Метод котловых зарядов применяют в тех случаях, когда заряд ВВ не вмещается в обычном шпуре или скважине. При этом устраивают камеру (котел) на дне шпура или скважины, взрывая один или последовательно несколько опущенных небольших зарядов.

Метод котловых зарядов обеспечивает большой объем взорванной породы и уменьшение дорогостоящих буровых работ.

Метод малокамерных зарядов (зарядов в рукавах) обычно применяют при высоте забоя менее 6 м, преимущественно в нескальных грунтах, а также при специальных взрывных работах (разрушении фундаментов и т.п.). Длина рукава должна составлять 2/3 высоты забоя, но не более 6 м, а расстояние между рукавами в зависимости от размеров кусков породы - от 0,8 до 1,5 до. Этот способ взрывания нашел применение при зачистке скальных откосов выемок и полувыемок после массовых взрывов, при строительстве вторых путей железных дорог и при отбойке уступов в каменных карьерах. Метод малых камерных зарядов позволяет значительно уменьшить объем буровых работ за счет использования для проходки рукавов естественных некрепких прослоек во взрываемом массиве.

Метод камерных зарядов применяется для массовых взрывов на выброс или обрушение при разработке котлованов или каналов значительных размеров. Он заключается в том, что в разрабатываемой породе делают вертикальные колодцы (шурфы) или горизонтальные галереи (штольни), из которых в боковых направлениях устраивают большие зарядные, или минные, камеры для размещения крупных сосредоточенных зарядов. Колодцы и штольни крепят рамами и досками.

Метод камерных зарядов не нашел большого распространения по следующим причинам: небольшой выход взорванной породы, приходящейся на один рукав; большая трудоемкость проходки рукавов в крепких скальных породах; повышенная опасность производства работ при проходке рукавов; увеличение дальности полета кусков породы при взрыве.

Метод камерных зарядов по характеру разрушения и перемещения грунта имеет несколько разновидностей. Этим методом можно производить взрывы: на обрушение в карьерах (отбойка вскрышных уступов и уступов полезного ископаемого) и обрушение крутых скальных откосов при разработке притрассовых карьеров; на рыхление для образования траншей, выемок и каналов.

С развитием техники, предназначенной для бурения скважин, метод камерных зарядов в условиях транспортного строительства стали применять редко. Основные недостатки метода - большая трудоемкость проходки горной породы; возможность частичного разрушения массива взрываемых выемок и траншей.

Контурные заряды. При разработке полувыемок, уширении выемок и траншеи, а также при проходке тоннелей, когда в первую очередь разрабатывают среднюю часть тоннеля - ядро, контурные заряды взрывают после поочередного короткозамедленного взрывания рядов основных зарядов рыхления. В этом случае взрывная ударная волна совпадает но направлению с линией наименьшего сопротивлении зарядов основного рыхления, т.е. направлена в противоположную от откоса сторону (102,6, в). Поэтому откосы взрывом повреждаются значительно меньше и так же, как и в случае предварительного щелеобразоваппя, па поверхности откоса остаются следы скважин.

Параметры контурного взрывания при разработке скальных выемок, траншей и полувыемок. При разработке закрытых выемок и траншей сведений о характере залегания горных пород, их трещинноватости, степени выветриваемости и т.п. часто бываем недостаточно. Поэтому для получения удовлетворительных результатов контурного взрывания вопросы выбора диаметра скважин, расстояния между скважинами и плотности их заряжания следует решать по результатам взрывания на опытном участке.

Метод скважинных зарядов состоит в том, что вдоль фронта высокого уступа выбуривают ряд глубоких скважин (длиной 10…30 м) большого диаметра - 200 мм и более. Вертикальные и наклонные скважины устраивают с перебуром ниже подошвы забоя на глубину обычно от 1 до 2 м и заряжают сплошными или рассредоточенными зарядами по всей высоте, за исключением самой верхней части, в которой размещается забойка из сыпучего и мелкого материала.

Скважинные заряды обычно взрывают электрическим способом или детонирующим шнуром, причем сеть обязательно дублируют. Взрывать можно без замедления и с замедлением. Рационально выбранные интервалы замедления обеспечивают лучшее дробление породы, резко снижают удельный расход ВВ и сейсмичность взрыва.

Методом щелевых зарядов в основном рыхлят мерзлые грунты. Баровыми или дискофрезерными машинами нарезаются щели. Из трех соседних щелей заряжается одна средняя; крайние и промежуточные щели служат для компенсации сдвига мерзлого грунта во время взрыва и для снижения сейсмического эффекта. Заряды ВВ вместе с детонирующим шнуром помещают в основании зарядных щелей, которые затем с помощью бульдозера засыпают грунтом. При взрывании мерзлый грунт полностью дробится, не повреждая стенок котлована или траншеи.

Метод накладных зарядов применяют для разделки отдельных камней (валунов, негабаритных кусков и т.п.), в том числе под водой, а также при разрушении металлических конструкций и других специальных работах. Для уменьшения разлета осколков накладной заряд укрывают слоем из связного или сыпучего грунта (глинистая смесь и т.п.), который слегка уплотняют.

Одиночный заряд взрывают обычно огневым способом, несколько зарядов - детонирующим шнуром. Этот метод характеризуется повышенным удельным расходом ВВ и разлетом осколков разрушаемого материала по сравнению со шпуровым.

Комбинированные методы. Возможны различные варианты совместного использования основных методов ведения взрывных работ. Например, при проходке траншей и расширении выемок и дорог в горах, высоких уступах успешно сочетают шпуровые и скважинные заряды; при дроблении пород уступа с пологим откосом может быть применена комбинация камерных и малокамерных зарядов.

Электрический способ взрывания предусматривает соединение электродетонаторов в единую электровзрывную сеть. Монтаж сети ведут от электродетонаторов к взрывной станции (другим источником взрывания). Схемы соединения зарядов во взрывной сети могут быть последовательными, параллельными, смешанными.

Электровзрывной способ позволяет взрывать большие группы зарядов; обеспечивает безопасность работ; дает возможность предварительно проверить исправность средств взрывания, а следовательно, получить безотказность в работе. Недостатки - сложность монтажа сети и возможность преждевременного взрывания от блуждающих токов.

Взрывание детонирующим шнуром (ДШ) наименее опасное, так как отсутствуют капсюли-детонаторы и электродетонаторы. Вместе с тем можно взрывать большое число зарядов, которые с помощью отрезков ДШ (соединяют между собой параллельно или пучком) подсоединяют к магистральному ДШ. Основные недостатки - невозможность качественной проверки взрывной сети перед взрывом и необходимость использования других способов взрывания зарядов (огневой или электрический).

Средства взрывания принимают в зависимости от способов взрывания зарядов: при огневом способе - капсюль-детонатор, огнепроводный шнур, средства зажигания. Капсюль-детонатор - заряд инициирующих ВВ, запрессованный в металлическую или бумажную гильзу диаметром 6,8…7,2 мм и длиной 47…52 мм. Огнепроводный шнур имеет сердцевину из пороховой мякоти и оболочку.

Расчет зарядов и методы производства взрывных работ. Действие заряда на окружающую среду различно и зависит от места расположения заряда, его величины, вида взрывчатого вещества, физико-механических свойств породы. В результате взрыва можно получить обжатую (камуфлетную) полость, разрыхлить породу или выбросить ее за пределы воронки.

Метод взрывной наброски. До последнего времени в тело плотины или перемычки взрывом сбрасывали только однородные скальные породы или грунты. Метод взрывной наброски получил дальнейшее развитие на строи-тельстве Нурекской ГЭС, где взрывом была уложена различная по составу горная масса, образовавшая в один прием упорную призму, фильтр и понур.

В крутом берегу сделали горные выработки для размещения зарядов подрыва берега, а на береговой трассе уложили железобетонные трубы для удлиненных зарядов сброса. Вдоль берега устроили железобетонные и ряжевые подпорные стенки и отсыпали камень, галечник и супесь, предназначенные для транспортирования в перемычку взрывом.

Общий вес зарядов составил 265 г. Заряды подрыва берега и дробления подпорной стенки взорвали мгновенно. Через 0,5 сек были взорваны заряды под складами камня и галечника и через 1 сек - заряды под складом супеси.

В результате взрыва около 50% взорванной массы легло в русло реки, создав необходимый фронт работ для дальнейшего наращивания перемычки.

Подводное взрывание. Одной из многочисленных областей применении энергии взрыва является дробление и перемещение горных пород под водой. Необходимость этой операции связана с разработкой месторождений твердых полезных ископаемых на дне морей и океанов, со строительством и углублением портов и каналов, проходкой подводных траншей для трубопроводов и с другими видами работ. Подводный взрыв может служить как для дробления горных пород с последующей экскавацией, так и для перемещения их (взрывы на выброс). Зачастую, несмотря на высокий расход ВВ и повышенный объем бурения, взрывы на выброс более экономичны, так как исключают дорогостоящие в подводных условиях выемочные и транспортные работы.

Влияние водной среды на процесс разрушения. Основными факторами, определяющими действие воды на взрывную волну, являются: рассеяние энергии волны напряжения на контакте порода-вода; гидростатическое давление, препятствующее сдвижению границы разрушаемого массива.

Потеря энергии из-за рассеяния волны напряжения в слое покрывающего материала зависят от отношения акустических жесткостей среды и воды

m = с0*c0/с*c,

взрывание скальный воронка котловой

где с0, c0 и с, c - соответственно плотность и скорость звука в среде и воде.

К примеру, для границы раздела гранит - вода при m = 7 теряется 44% энергии взрывной волны. Чем больше акустическая жесткость породы, тем меньше энергии волны напряжений рассеивается в воде.

Влияние гидростатического давления в процессе разрушения. На первоначальных стадиях развития взрыва оно оказывает положительное действие, препятствует процессу раскрытия трещин, что обеспечивает более полное прохождение волны напряжений во все точки массива.

Но в последующие моменты, при раскрытии трещин и сдвижений массива под воздействием взрыва, гидростатическое давление играет отрицательную роль, так как необходима дополнительная энергия на его преодоление. При этом вода при больших скоростях нагружения (смещения) приближается по своим свойствам к несжимаемому телу (особенно в начальной стадии) и резко ухудшает эффективность разрушения пород с увеличением глубины. Максимальная эффективность взрыва достигается лишь при свободной подвижке породы по направлению ЛНС.

Технология бурения и заряжания. Под водой применяется техника, аналогичная наземной, с поправкой на более высокую плотность среды, в которой выполняется работа. Применяют три варианта ведения буровзрывных работ: 1) для бурения и заряжания скважин (шпуров) используют бурильные молотки или гусеничные буровые установки; 2) бурение и заряжание с платформ или плавучих барж; 3) размещение зарядов на дне водоема, т.е. взрывание наружными зарядами.

Воздействие взрыва на окружающую среду. Основными вредными воздействиями подводных взрывов на окружающую среду являются: гидроударная волна, сейсмическое давление, загрязнение ядовитыми взрывчатыми веществами, продуктами взрыва и донными отложениями. Для небольших водоемов может быть значительным воздействие гравитационной волны.

Взрывные работы при добыче штучного камня. Штучный камень условное название изделий из природного камня, в основном в виде блоков в форме прямоугольника параллелепипеда, используемых в естественном виде в строительстве и учитываемых при добыче в штуках (отсюда и название) или в м3. В горной породе методом бурения проделывается глубокое отверстие, куда закладывают заряд и подрывают. Среди отколовшихся кусков породы отбираются самые большие глыбы, которые потом распиливаются на плиты. Плюсы такого способа добычи камня заключаются в том, что он крайне дешёв. Но минусы перевешивают этот плюс. Во-первых, страдает качество добытой породы: во время взрыва в структуре камня возникают микротрещины, которые влияют на прочность материала. Во-вторых, такой способ разработки месторождения крайне нерационален, так как при взрыве порода крошится: большие глыбы, пригодные для распилки, составляют не более 70%, а остальные 30% идут в отходы.

Взрывные работы при добыче штучного камня. Штучный камень условное название изделий из природного камня, в основном в виде блоков в форме прямоугольника параллелепипеда, используемых в естественном виде в строительстве и учитываемых при добыче в штуках (отсюда и название) или в м3. В горной породе методом бурения проделывается глубокое отверстие, куда закладывают заряд и подрывают. Среди отколовшихся кусков породы отбираются самые большие глыбы, которые потом распиливаются на плиты. Плюсы такого способа добычи камня заключаются в том, что он крайне дешёв. Но минусы перевешивают этот плюс. Во-первых, страдает качество добытой породы: во время взрыва в структуре камня возникают микротрещины, которые влияют на прочность материала. Во-вторых, такой способ разработки месторождения крайне нерационален, так как при взрыве порода крошится: большие глыбы, пригодные для распилки, составляют не более 70%, а остальные 30% идут в отходы.

Размещено на Allbest.ru