Обоснование и разработка методов повышения безопасности сейсмического проявления короткозамедленного взрывания на горных предприятиях

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Актуальность работы. Взрывные работы, проводимые на горных предприятиях и в строительстве, вызывают негативное сейсмическое воздействие на производственную среду предприятий и другие охраняемые объекты. В настоящее время совершенствование способов повышения безопасности технологических процессов и условий труда работников при разумном промышленном развитии имеет первостепенное значение, а культура взрывания предполагает уменьшение вредного воздействия последствий взрыва.

По данным Ростехнадзора, на объектах горнорудной, нерудной промышленности и объектах подземного строительства уровень травматизма при ведении взрывных работ составляет 2?22% и уровень травматизма при обрушении бортов уступов составляет 4?16% от общего количества, при численности исполнителей взрывных работ в пределах 10 тыс. человек.

С увеличением глубины карьеров увеличивается угол откосов уступов и бортов, что повышает вероятность обрушений в результате сейсмических воздействий взрывных работ. Наличие на промплощадках дорогого оборудования также предполагает минимизацию сейсмического проявления взрыва. Одновременно увеличиваются объемы массовых взрывов - расход ВВ возрос с 0,5 млн т в 1996 г. по сравнению с настоящим временем в два раза.

Для целей уменьшения сейсмического проявления взрыва, повышения качества взрывных работ, снижения аварийности и травматизма в последнее время применяют элементы инициирования без использования электрического тока, способные изменять замедление между взрывами в широких пределах. Это отечественные системы неэлектрического инициирования взрыва СИНВ, ИСКРА, КОРШУН, использование которых на предприятиях достигает более 10 млн комплектов. Применяются также иностранные системы НОНЕЛЬ, ПРИМАДЕТ, однако общий объем их применения в России не превышает 4%. Разработаны высокоточные электрические детонаторы с электронным замедлением ЭДЭЗ.

По результатам исследований, проведенных нами на предприятиях ЗАО «Полюс» Красноярского края, компании «Кумтор» республики Кыргызстан и на других, установлено, что короткозамедленное взрывание (КЗВ) происходит с меняющимися, относительно расчетных, интервалами замедлений между взрывами отдельных зарядов и их групп. Нами впервые установлено, что, если интервал замедления между взрывами зарядов выбран меньше отклонений по времени срабатывания замедлителей, возможно увеличение сейсмического воздействия массового взрыва из-за суммирования сейсмических процессов от взрывов бо?льшего количества зарядов (сейсмоодновременные взрывы), чем расчетное число в группе замедления. Приводимые в инструкциях допуски на замедления могут не соответствовать реальному отклонению. По результатам испытаний скважинных и поверхностных детонаторов различных фирм, проведенных С.К. Рубцовым и др., можно заключить, что отклонения изменяются от партии к партии детонаторов и для замедления 500 мс для СИНВ-С могут составлять до +16% (82 мс), для Primadet MS-20 до +3,2% (16 мс), для Nonel U475 до +5,6% (28 мс) аналогично для других значений замедлений, что может быть больше величин, приводимых в инструкциях. Ежегодно выявляется не менее 10 случаев поставок взрывчатых материалов с нарушениями установленных требований технических условий.

Точность срабатывания замедлителей зависит от многих факторов: культуры технологического процесса изготовления, однородности и чистоты замедляющего состава, условий транспортирования и хранения детонаторов и т.д. На предприятиях взрывники не знают реальных отклонений времени замедления в элементах взрывной сети, что влечет за собой ошибки в расчетах схем взрывания.

Выбор интервалов замедлений между взрывами групп зарядов и изменение схем взрывания целесообразно проводить после оперативной обработки результатов реальных взрывов. Для получения оперативной информации необходимо создание мобильного сейсмического регистратора. На основе получаемой информации возможно принятие объективных решений, позволяющих минимизировать сейсмическое действие взрыва на массив горных пород и повысить безопасность работ горных предприятий, промышленных и хозяйственных объектов в зоне действия взрыва. В связи с изложенным процессы короткозамедленного взрывания групп зарядов с использованием современных средств инициирования нуждаются в дальнейшем изучении и исследовании по минимизации сейсмического проявления КЗВ и представляют собой важную актуальную проблему безопасности.

Целью работы является установление закономерностей сейсмического проявления короткозамедленного взрывания блоков с различным пространственным расположением в карьере, с учетом разброса интервалов замедлений и взаимодействия взрывов, определяющих уменьшение сейсмического воздействия на массив горных пород и повышающих безопасность работ горных предприятий, промышленных и хозяйственных объектов в зоне сейсмического действия взрывов.

Основная идея работы заключается в разработке и применении методов короткозамедленного взрывания зарядов, позволяющих минимизировать сейсмическое воздействие на производственную среду горного предприятия и охраняемые объекты.

1. Увеличение сейсмического воздействия короткозамедленного взрывания на производственную среду карьера происходит за счет сейсмоодновременных взрывов большего количества зарядов, чем расчетное число на группу замедления, по причине разброса времени срабатывания отдельных детонаторов.

2. Метод короткозамедленного взрывания, отличающийся тем, что анализируются сейсмические колебания прилегающего массива горных пород, выделяются зоны с максимальным сейсмическим проявлением и увеличиваются интервалы времени между взрывами зарядов из соседних групп замедлений на следующем блоке до обеспечения уровня минимального сейсмического проявления, определяемого взрывом расчетного количества зарядов в одном интервале замедления.

3. В результате взаимодействия сейсмических воздействий от взрывов зарядов, масса которых неравномерно распределена на блоке и по группам одновременно взрываемых зарядов, а также от расположенных рядом и одновременно взрываемых блоков, образуются дополнительные низкочастотные колебания, вызывающие увеличение сейсмической нагрузки на массив горных пород и окружающие объекты.

4. Взрывы на нижних уступах карьера конической формы приводят к колебаниям горной породы на расположенных выше уступах с вертикальной составляющей массовой скорости больших значений, чем горизонтальные. Это сказывается сильнее на потере устойчивости откосов уступов карьера, чем взрывы на других горизонтах.

5. Принятие оперативных решений по применению различных схем инициирования, оптимизации интервалов замедлений между одновременно взрываемыми группами зарядов, их предельным массам и расположению на блоках получают за счет применения разработанных сейсмических регистраторов, устанавливаемых рядом с местом ведения взрывных работ или у охраняемых объектов с точными координатами, записывающих информацию о сейсмических процессах и транслирующих ее на центральный компьютер для обработки.

Обоснованность и достоверность положений, вынесенных на защиту, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- применением для измерений регистратора сейсмических сигналов «Дельта-Геон», имеющего сертификат соответствия Госстандарта России, выпускаемого серийно и разрешенного к применению без ограничений;

- сопоставимостью экспериментальных результатов, полученных на различных горных предприятиях (расхождение не более 10-15%);

- высокой степенью корреляции между распределением частот повторения одновременно взрываемых групп зарядов и распределением частот повторения массовых скоростей колебаний породы окружающего массива (достигающей 93%);

- положительными результатами применения метода короткозамедленного взрывания с анализом сейсмического воздействия от взрываемых зарядов блока, методики расчета интервалов замедлений для короткозамедленного взрывания, обеспечивающих минимизацию сейсмических воздействий, рекомендаций по ведению взрывных работ, повышающих их безопасность.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлены закономерности изменения сейсмического проявления короткозамедленного взрывания в зависимости от времени замедления между взрывами групп зарядов, точности срабатывания применяемых замедлителей, от расположения и количества одновременно взрываемых зарядов, от расположения одновременно взрываемых блоков, на основе которых определены методы достижения минимальных сейсмических нагрузок на массив горных пород;

- установлено увеличение сейсмического воздействия короткозамедленного взрывания на производственную среду карьера за счет сейсмоодновременных взрывов большего количества зарядов, чем расчетное число на группу замедления, по причине разброса времени срабатывания отдельных детонаторов;

- установлены корреляционные зависимости между количеством сейсмоодновременно взрываемых зарядов из разных групп замедлений и массовыми скоростями колебаний окружающего массива горных пород с учетом разброса времени срабатывания применяемых замедлителей и общего количества взрываемых зарядов, позволяющие корректировать интервалы замедлений;

- обоснован метод короткозамедленного взрывания с последовательным увеличением интервалов замедлений между взрывами зарядов на блоках, позволяющий минимизировать сейсмическое воздействие на массив горных пород;

- установлено, что в результате взаимодействия сейсмических воздействий от взрывов зарядов, масса которых неравномерно распределена на блоке и по группам одновременно взрываемых зарядов, а также от расположенных рядом и одновременно взрываемых блоков, образуются дополнительные низкочастотные колебания, вызывающие увеличение сейсмической нагрузки на массив горных пород и окружающие объекты;

- обоснованы технические параметры сейсмического регистратора, позволяющего проводить оперативный сбор информации о сейсмических воздействиях от взрывов;

- установлены рациональные параметры короткозамедленного взрывания на основе анализа сейсмических воздействий на производственную среду горных предприятий и охраняемые объекты, уменьшающие сейсмическое проявление взрыва, повышающие безопасность и снижающие травматизм.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей сейсмического воздействия короткозамедленного взрывания на производственную среду предприятий и охраняемые объекты в зависимости от расположения и взаимодействия взрывов зарядов одного и нескольких блоков при использовании различных средств инициирования с учетом разброса интервалов замедлений между взрывами для обоснования разработанных методов, технических и технологических решений, повышающих безопасность взрывных работ.

Практическое значение работы заключается:

- в разработке новых измерительных приборов для регистрации сейсмического действия взрыва, позволяющих осуществлять оперативный сбор информации и принимать решения по параметрам буровзрывных работ;

- разработке и применении метода КЗВ с корректировкой интервалов замедлений на основе сейсмограмм взрывов, позволяющего минимизировать сейсмическое действие взрыва, повысить устойчивость откосов уступов и бортов карьеров, сохранить структуру законтурного массива горных пород;

- разработке и внедрении методики расчета интервалов замедлений для короткозамедленного взрывания с учетом разброса интервалов замедлений в замедлителях систем инициирования;

- выдаче практических рекомендаций по ведению взрывных работ на горных предприятиях, повышающих их безопасность.

Реализация работы.

Результаты проведенных исследований реализованы в разработанных:

- рекомендациях по минимизации сейсмического воздействия от проводимых на карьере предприятия ЗАО «Полюс» взрывных работ, включающих способ КЗВ, методику расчета интервалов замедлений, расположение заряда на блоке, очередность взрывания зарядов одного и нескольких блоков, максимальные массы одновременно взрываемых зарядов с учетом разброса времени срабатывания детонаторов;

- экспертном заключении по безопасности применения взрывчатых материалов на объектах ООО «Юньягинское», г. Воркута;

- инженерных мероприятиях, расчетах и рекомендациях по снижению отрицательного сейсмического воздействия на промышленную среду взрывных работ, проводимых на ОАО «Стойленский ГОК» для предприятия «Осколцемент»;

- мероприятиях по проверке безопасности проектных параметров БВР, повышения надежности аналитических расчетов предельно допустимых масс одновременно взрываемых шпуровых зарядов, а также для определения фактической величины коэффициента сейсмичности в конкретных инженерно-геологических условиях Московского метростроя;

- рекомендациях по параметрам БВР на основе измеренных акустических и физико-технических свойств руд и пород на поверхности и в глубине массива с использованием регистратора сейсмических сигналов «Дельта-Геон» для Тишинского рудника предприятия «Казцинк»;

- техническом задании, комплекте проектной документации (КЖИС.466225.003-02ИЭ) и пакете программного обеспечения (КЖИС.00118.013402), сертифицированного Госстандартом России, серийно выпускаемого (в настоящее время выпущено более 400 шт.) регистратора сейсмических сигналов «Дельта-Геон», отмеченного дипломом с медалью на выставке «ВДНХ-ЭКСПО» «Российский щит», 2000г., и получившего золотую медаль на Первом международном салоне инноваций и инвестиций, 2001г;

- цикле лабораторных работ и трех учебных пособиях для студентов МГГУ по дисциплинам «Технология и безопасность взрывных работ» и «Разрушение горных пород взрывом».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на 4 Всесоюзной научной конференции вузов СССР с участием научно-исследовательских институтов по физике горных пород и процессов (МГИ, 1977), на Всесоюзной научной конференции по физическим процессам горного производства (МГИ, 1991), Всероссийской конференции о состоянии взрывного дела в Российской Федерации (МГГУ, 2002), Международной конференции по разрушению горных пород (ИПКОН РАН, октябрь 2004), научных симпозиумах «Неделя горняка» (МГГУ, ИПКОН РАН, январь 2006, 2007, 2008, 2009) и техническом совете на предприятии ЗАО «Полюс» (Красноярский край, 2008).

Публикации. Результаты выполненных исследований опубликованы в 33 печатных работах, включая монографию, авторское свидетельство и патент на изобретение, в том числе 17 статей - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

1. Материалы и методы исследований

Физические процессы возникновения и распространения сейсмических волн рассматривались в работах М.А. Садовского, В.Н. Мосинца, Г.И. Покровского, С.В. Медведева, В.В. Адушкина и др. Значительные исследования проведены в этой области Я.И. Цейтлиным, Н.И. Смолием, В.Ф. Богацким, В.Ф. Пергаментом, В.Л. Бароном, М.И. Гонопольским, Б.Н. Кутузовым, В.И. Куликовым, автором данной работы и др.

Во взрывной сейсмике для оценки разрушительного действия используется величина скорости V колебаний грунта. Опытные исследования показывают, что ее величина может быть приближенно оценена, если известно нормированное по энергии расстояние от очага взрыва до места наблюдения и свойства среды. Для расчета используется формула V=a/(, где а - постоянная, а n находится в пределах 1,5?2. Как известно, геофизическая среда, в которой протекает сейсмический процесс, существенно неоднородна. Гораздо менее изучены локальные неоднородности в небольших масштабах, для чего необходимы мобильные сейсмические измерительные приборы, а также длительный период наблюдений.