Методы ведения взрывных работ на земной поверхности

Взрывные работы на земной поверхности ведутся с целью:

добычи минерального сырья на карьерах;

сооружения выемок и полок в транспортном строительстве;

врезки оснований и сооружений котлованов;

сооружения каменно-набросных плотин в гидротехническом строительстве;

строительства мелиоративных каналов;

разрушения различных промышленных объектов;

дробления мерзлых грунтов;

обработке металлов (резка, штам­повка, упрочнение) и пр.

В связи с большим разнообразием усло­вий и объемов ведения взрывных работ для взрывных работ при­меняют шпуровые, скважинные, котловые, камерные, накладные заряды. В каждом случае на основе технико-экономического ана­лиза выбирается наиболее экономичный и производительный ме­тод. Кроме того, все шире применяется на карьерах, в транспорт­ном и гидротехническом строительстве метод контурного взрывания с целью минимального разрушения и повышения устойчивости уступов. Основные расчетные параметры расположения удлиненных наиболее распространен­ных зарядов на уступе показаны на рисунке 8.1.

а - расстояние между шпурами (скважинами); С - безопасное расстояние

от оси скважины до верхней бровки уступа; Н - высота уступа; W - сопротивление по подошве уступа; П - величина перебура;

l_з - длина заряда ВВ; l_заб - длина забойки

Рисунок 8.1 - Схема расположения удлиненных зарядов во взрывном уступе

Метод шпуровых зарядов

На карьерах этот метод применяется при небольших объемах работ, раздельной (селек­тивной) выемке и малой мощности месторождения полезного иско­паемого, при добыче крупных блоков строительного и отделоч­ного камня, разработке особо ценных полезных ископаемых в тех случаях, когда требуется сохранить структуру ископаемого или не допустить излишнего его измельчения, для дробления негабаритов и рыхления мерзлоты.

Применяются вертикальные, наклонные или горизонтальные (слабонаклонные) шпуры диаметром 32—70 мм и глубиной 3—5 м.

В зависимости от свойств взрываемой породы и требуемого объема взрыва шпуры на уступе располагают в один или не­сколько рядов. В крепких породах для лучшего отрыва породы шпуры бурят с перебуром, составляющим 10—15 % высоты ус­тупа. Если в подошве уступа залегают более слабые породы, то шпуры бурят на глубину, равную высоте уступа. При наличии в подошве уступа глинистых или слабых прослоев шпуры недобуривают до этого слоя на 0,15—0,2 м.

Расстояние между шпурами в ряду должно быть таким, чтобы исключить повреждение соседних зарядов, взрываемых с замедле­ниями.

Достоинства метода шпуровых зарядов: равномерное и мелкое дробление взрываемых пород, возможность применения в любых горно-геологических условиях, простота, высокая маневренность. Недостатки метода: большой объем бурения, высокая себестои­мость работ, необходимость заряжания и взрывания большого числа шпуров, сложность организации работ при необходимости отбойки значительных объемов породы.

Технология и организация взрывных работ. Перед заряжанием проверяются правильность расположения шпуров на уступе, соот­ветствие их глубины высоте уступа или проектным данным. При необходимости производится очистка шпуров от буровой мелочи или шлама. Чистка шпуров выполняется их продувкой сжатым воздухом через опускаемую в шпур металлическую трубку или реже выгребанием шлама специальной ложечкой — чищалкой.

Для заряжания вертикальных и наклонных шпуров применяют порошкообразные, гранулированные и патронированные ВВ, для заряжания горизонтальных шпуров и при наличии в шпурах воды (влаги) — только патронированные ВВ. На карьерах механизи­рованное заряжание шпуров не применяется. При использовании порошкообразных ВВ шпуры заряжают засыпкой из мерной кружки или совком порциями по 150—200 г через металлическую воронку, установленную над устьем. После засыпки порции ВВ его слегка уплотняют деревянными или алюминиевыми забойниками. После размещения в шпуре 80—85 % величины заряда в него помещают патрон-боевик, и остальную часть заряда засыпают без уплотнения.

В случае заряжания шпура порошкообразными ВВ изготов­ление патронов-боевиков необязательно. В этом случае перед за­сыпкой последней порции ВВ в шпур опускают капсюль-детона­тор, электродетонатор или отрезок детонирующего шнура с за­вязанным на конце, узлом.

При заряжании патронированными ВВ патроны в шпуры вводят по одному. Патрон-боевик вводят последним. Слежавши­еся патроны с аммиачно-селитренным ВВ перед заряжанием не­обходимо предварительно размять руками до восстановления пер­воначальной порошкообразной структуры ВВ.

При заряжании сухих шпуров патронированным ВВ на их оболочках делают косой надрез, чтобы при раздавливании забойником сечение шпура было полностью заполнено ВВ.

Патроны-боевики во всех случаях вводят в шпур без надрезания, и вводимое после них ВВ уплотнять запрещается. При ис­пользовании прессованных ВВ торцы патронов с большей плот­ностью, не имеющие углублений для детонаторов, должны быть обращены к дну шпура. В прессованные патроны детонатор раз­решается вставлять только в углубление, сделанное в патроне на заводе-изготовителе.

При взрываний шпуров обычно для инициирования зарядов применяют капсюли-детонаторы или электродетонаторы.

После того как в шпур помещен весь заряд ВВ, оставшуюся свободной часть шпура осторожно, чтобы не повредить шнуры (детонирующий, огнепроводный) или электрические провода, за­полняют мелкой забойкой (песком, глиной, смесью глины с пе­ском, мелкой породой и т. п.). Первые порции забойки вводят без уплотнения, а у устья шпура забойку утрамбовывают. Обычно на забойку оставляют третью часть длины шпура.

При огневом инициировании зарядов проверяют число заря­женных шпуров, раскладывают концы шнуров, идущих от заря­дов, в удобное для поджигания положение, поджигают отрезки огнепроводного шнура и уходят в безопасное место. Перед взрывом зарядов с по­мощью детонирующего шнура взрывник обязан проверить пра­вильность монтажа взрывной сети. При электрическом взрывании взрывник монтирует взрывную сеть, присоединяет участковые провода к магистрали, осматривает сеть, уходит в безопасное место и оттуда с помощью электроизмерительных приборов про­веряет исправность взрывной сети. После проверки сети он под­соединяет концы магистральных проводов к клеммам взрывной машинки или минной станции и производит взрыв.

Если сопротивление сети отличается от расчетного более чем на 10 %, взрывник должен закоротить концы магистральных про­водов, найти и устранить неисправность электровзрывной сети.

После взрыва взрывник и руководитель взрыва тщательно ос­матривают место взрыва и убеждаются в том, что в забое не оста­лось невзорвавшихся зарядов. В случае обнаружения невзор­вавшихся зарядов (отказов) их ликвидируют.

Метод скважинных зарядов

Взрывание скважинными зарядами на карьерах является ос­новным способом взрывной подготовки скальных горных пород к выемке и последующей переработке. Основные схемы распо­ложения вертикальных скважин обычных, котловых и с расши­рением заряжаемой части с помощью механических расширите­лей или огнеструйных горелок показаны на рисунке 8.2.

I - однорядная; II - с механическим или огневым расширением; III - котловая;

IY - многорядная; Y - многорядная с расширением; YI - многорядная с взрыванием на подпорную стенку; YII - каскадная; YIII - каскадная с расширением; IX - многоуступная; X - многоуступная с расширением

Рисунок 8.2 - Схемы расположения вертикальных скважин на уступе

Параметры расположения скважин. При методе скважинных зарядов во взрываемом массиве бурят вертикальные или наклон­ные скважины диаметром 80—320 мм, глубиной 5—20 м и более. Этот метод в настоящее время наиболее широко применяется на карьерах, в транспортном и гидротехническом строительстве.

На уступе скважины можно располагать в один (однорядное взрывание), в два и более рядов (многорядное взрывание) в зави­симости от параметров погрузочного оборудования, и принятой технологии работ.

Параметры расположения скважин на карьерах характеризуются следующими величинами (рисунок 8.1): d_з — диаметр сква­жины (заряда), мм; Н — высота уступа, м; W — сопротивление по подошве (СПП), м; а — расстояние между скважинами, м; b — расстояние между рядами, м; С ≥ З м — безопасное расстояние от оси скважины до верхней бровки уступа; l_з — длина заряда, м; l_п — длина перебура, м; l_заб — длина забойки, м; L — глубина скважины, м; α — угол откоса уступа.

При расчете параметров расположения скважинных зарядов на уступе в первую очередь определяют величину СПП для сква­жин, обеспечивающую хорошую проработку подошвы уступа и заданную степень дробления пород.

Угол откоса уступов обычно составляет 65—70 %, а потому сопротивление взрыву в нижней части вертикально пробуренной скважины больше, чем в верхней. Минимальное безопасное состояние по условиям бурения СПП определяется по формуле

. (8.1)

Практически значения СПП принимаются в пределах 25-35 d_з.

Для усиления действия взрыва заряда на уровне подошвы уступа скважины бурят с перебуром, т. е. на глубину, большую высоты уступа. Глубина перебура скважин обычно составляет 0,1—0,2 высоты уступа или 10—15 d_з и уточняется на основе ана­лиза результатов предыдущих взрывов. При трудновзрываемых породах в перебуре скважин целесообразно разместить заряд более мощного ВВ. Если на уровне подошвы уступа имеются ясно выраженные горизонтальные плоскости напластования или мяг­кие прослойки, то перебур скважин не делается. При наличии в подошве мягких пород скважины не добуриваются до подошвы уступа на 0,5—1 м.

Масса заряда скважины первого ряда определяется по формуле

, (8.2)

где q - удельный расход ВВ, кг/м³.

Удельный расход ВВ определяется расчетным способом или из справочников и уточняется на основании анализа и обобщения предыдущих взрывов.

Масса заряда для скважин второго и последующих рядов обы­чно увеличивается на 10—20 % по сравнению с массой заряда скважин первого ряда. Окончательно масса заряда уточняется опытными взрывами.

Максимальная величина заряда, которая может быть размещена в скважине, определяется по формуле

, (8.3)

где р - вместимость 1 м скважины, кг/м.

Длина забойки обычно принимается равной 25-30 d_з.

Вместимость скважины зависит от плотности заряжания и коэффициента разбуривания породы (увеличение диаметра скважины по сравнению с диаметром бурильного инструмента).

Плотность заряжания можно повысить применяя механизированное заряжание скважин.

Если в скважине невозможно разместить требуемый заряд, то следует увеличить ее диаметр.

Заряды рассредоточивают забойкой или воздушными проме­жутками. Взрывание должно обеспечить определенную степень дробления взорванной горной массы.

8.3 Метод камерных зарядов

При этом методе взрывание производится сосредоточенными зарядами большой величины (от нескольких до сотен и тысяч тонн), которые помещаются в специальные выработки (камеры), объем их соответствует объему установленных расчетом зарядов ВВ. Для этого в массиве проходят вертикальные шурфы или горизонтальные штольни и в их конце или в ответвлениях сооружают камеры, рисунок 8.3.

Рисунок 8.3 - Схема размещения камерных зарядов при

взрывании с помощью шурфов (а) и штолен (б)

Подготовительные выработки проходят обычно Т- или Г-образной формы, чтобы затруднить выброс из камеры газов при взрыве и максимально использовать энергию ВВ для разрушения |и перемещения массива. Площадь сечения подводящих выработок принимается минимальной, но не менее 1,2 м² для штолен и 1 м² для шурфов.

При наличии притока воды вдоль стенок выработок устраиваются водоотливные канавки, а шурфы заканчиваются водосборни­ками (зумпфами). При этом штольни проходят с подъемом 1—2° для лучшего оттока воды.

Целесообразность подготовки взрыва с помощью штолен или шурфов определяется рельефом места взрыва и технико-экономи­ческим расчетом. Метод камерных зарядов применяется для об­рушения и перемещения больших объемов скальных и мягких горных пород взрывами на сброс и выброс в гидротехническом, дорожном и мелиоративном строительстве, а также для образования раз­личных выемок глубиной до 20 м и более.

На карьерах камерные заряды применяются редко при высоте уступа не менее 15 м и при невозможности бурения взрывных скважин из-за неровной поверхности верхней площадки уступа.

К достоинствам взрывов камерных зарядов относится возможность отбойки больших объемов породы при сложном рельефе местности. Недостатки взрывания камерными зарядами: худшее дробление массива и большая трудоемкость подготовительных работ.

Методы контурного взрывания

Контурное взрывание позволяет избежать нарушения скаль­ного массива горных пород за пределами проектного контура, обеспечить получение более крутых и устойчивых откосов усту­пов и выемок, уменьшить трудоемкость работ по заоткоске осно­ваний и откосов, уменьшить переборы и увеличить устойчивость законтурного массива.

В основном применяют два метода контурного взрывания (рисунок 8.4):

I и II - последовательность взрывания

Рисунок 8.4 - Методы контурного взрывания

1. Метод предварительного щелеобразования, когда по проектному контуру уступа карьера или выемки бурят ряд сближенных сква­жин обычно меньшего (100—160 мм), чем основные взрывные скважины диаметра, и взрывают до производства массового взрыва в приконтурной зоне или совместно, но с опережением на 50—100 мс. Между контурными скважинами и технологическими рекомендуется размещать вспомогательный (буферный) ряд сква­жин, которые имеют диаметр одинаковый с основными, но рас­полагаются на расстоянии в 1,4—1,6 раза меньшем и заряжаются сплошным зарядом в полиэтиленовой трубе. При этом диаметр трубы составляет 0,7 диаметра скважины, а масса заряда 50—60 % от основного;

2. Метод завершающего контурного взрыва, когда массив дорабаты­вают до проектного контура завершающим взрывом контурных скважин. Этот метод применяют при оформлении порталов тоннелей на крутых косогорах, при выполнении отко­сов над дорожными полками, обрушении потенциально неустой­чивых массивов, отработке горизонтальных защитных слоев.

Для контурного взрывания используют заряды-гирлянды из патронов d=32 мм аммонита 6ЖВ.

Критериями качества контурного взрывания являются степень неровности поверхности в промежутках между отпечатками скважин (не более ± 15 см) и суммарная длина отпечатков (не менее 75 % длины скважин).