Відомості про дію вибуху в середовищі

При вибуху заряду ВР і хімічному перетворенні вибухової речовини в заряді за дуже короткий час (практично миттєво) виділяється велика (до 800-1000 ккал/кг) кількість теплоти і значний об’єм газоподібних продуктів (500-1000 л/кг) детонації. Практично миттєво вивільнюється величезна кількість енергії.

Температура підвищується до 1200-4000º, тиск практично миттєво збільшується до десятків тисяч атмосфер, що викликає утворення ударних вибухових хвиль у навколишньому середовищі, які поширюються (розповсюджуються) в усі сторони з надзвуковою швидкістю. Ці хвилі повністю або частково відбиваються від вільних площин, тріщин в масиві і виникає їх інтерференція.

Комплексний вплив усіх цих факторів та величезного тиску на оточуючий заряд BP масив викликає зруйнування певного об’єму породи.

У результаті вибуху одинокого заряду BP, розташованого на деякій відстані від вільної поверхні, утворюється воронка руйнування конусоподібної форми, розмір якої визначає дію вибуху (рис. 7.8).

Якщо в конкретному середовищі підривати однакові за вагою заряди BP при різній ЛНО одержимо таку картину.

1. ЛНО відносно невелика – утворюється воронка радіусом на поверхні більше ЛНО (r>w; n>1).

Такий заряд називають зарядом посиленого викиду.

2. Збільшимо ЛНО і одержимо в результаті вибуху воронку, в якій r=w; n=1. Такий заряд називають зарядом нормального викиду.

3. Збільшимо ЛНО настільки, що середовище при вибуху не викидається за межі воронки, а тільки розпушується в межах воронки з випиранням назовні. Звичайно це виникає при n<0,7-0,75.

Такий заряд називається зарядом розпушення.

4. При подальшому збільшенні ЛНО вибух заряду BP викликає зруйнування середовища тільки навколо заряду з утворенням порожнини без виходу на поверхню.

Такий заряд називають зарядом камуфлету.

З метою зруйнування і подрібнення породи та руди при підземному видобуванні застосовують заряди ВР з показником дії вибуху приблизно в межах n=0,7-1,5.

На практиці при виконанні гірничих робіт необхідно зруйнувати середовище досить великих обсягів. Це досягається вибухом не одного, а декількох (від 5-6 до десятків і сотень) зарядів ВР. Причому заряди в середовищі розміщують таким чином, щоб воронка руйнування, сфери дії кожного дотикались або ж пересікались (рис. 7.8).

Рис. 7.8. Дія зарядів ВР, види зарядів: w – лінія найменшого опору (ЛНО) – найкоротша відстань заряду від вільної оголеної поверхні; r – радіус воронки; R – радіус дії вибуху заряду;
n – показник дії вибуху

Параметрами розташування групових зарядів ВР є:

– відстань між рядами зарядів – лінія найменшого опору
(ЛНО) – w;

– відстань між зарядами в ряду – а.

Відношення а/w=m називають показником зближення зарядів ВР, який на практиці приймають у межах 0,7-1,6 залежно від властивостей підриваємого середовища.

При вибухових роботах основні параметри розташування сітки зарядів ВР (w, а), вага зарядів ВР визначаються розрахунковим способом.

Відомо багато методів розрахунків параметрів буропідривних робіт, в основі яких лежить принцип визначення необхідної енергії для зруйнування визначеного об’єму масиву з конкретними фізико-механічними властивостями.

На практиці застосовують три види зарядів ВР: накладні, колонкові та концентровані (рис. 7.8).

Накладні або відкриті заряди розташовують безпосередньо на поверхні підриваємого об’єкта. Їх використовують для подрібнення великих (негабаритних) кусків, ліквідації зависань руди при її випуску із блоків.

Колонкові – подовжені заряди звичайно круглої в перерізі форми, які по довжині у багато разів (у 50-100 разів і більше) перевищують діаметр перерізу.

Ці заряди формуються, розміщуються в шпурах або свердловинах і часто звуться шпуровими або свердловинними зарядами ВР.

Колонкові заради формують із патронованих або гранульованих ВР. Це основний вид зарядів при гірничих роботах. Конструкції розповсюджених колонкових зарядів показані на рис. 7.7.

Концентровані (мінні) заряди вагою кожен до декількох тонн розміщують в горизонтальних або вертикальних виробках.

Вибух цих зарядів викликає руйнування примикаючих виробок, велику сейсмічну дію на навколишній масив і дає великий вихід негабаритних кусків. Їх іноді застосовують для відбійки дуже міцних руд, обвалення великих масивів вміщуючих порід.

Відбійка руди шпурами

У крутоспадних покладах потужністю до 3-4 м руду, як правило, відбивають суцільним або стелеуступним забоями за допомогою горизонтальних, вертикальних або похилих шпурів, які вибурюють переносними і телескопними перфораторами.

Відбійка вертикальними шпурами у порівнянні з горизонтальними при інших однакових умовах дає можливість збільшити продуктивність праці і зменшити затрати на відбійку. Але внаслідок неминучого порушення масиву покрівлі та утворення заколів при вибухах вертикальні шпури можна застосувати тільки при досить високій міцності та стійкості рудного масиву.

Шпури у вибоях розташовують в залежності від потужності покладу, напрямку основної системи тріщинуватості та кліважу, вибурюючи шпури за можливістю перпендикулярно до напрямку тріщинуватості.

У покладах горизонтального або пологоспадного залягання потужністю до 8-10 м руду відбивають суцільним або підошвоуступним забоєм рядами шпурів, розташовуючи їх по квадратній або прямокутній сітці. Шпури довжиною до 3-4 м вибурюють за допомогою самохідних бурових установок.

Таким чином при відбійці руди шпурами застосовують забої наступної форми:

1. Стелеуступним забоєм, рис. 7.9. Відбійка руди виконується горизонтальними, вертикальними або похилими висхідними шпурами.

Переваги:

– наявність додаткової поверхні оголення, що сприяє кращим показникам відбійки.

Недоліки:

– необхідність влаштування спеціальних полків для установки перфораторів або буріння з замагазинованої руди;

Рис. 7.9. Шпурова відбійка руди стелеуступним забоєм: 1 – горизонтальні шпури; 2 – вертикальні шпури; 3 – похилі шпури; 4 – поклад; 5 – переносний (ручний) перфоратор; 6 – бурова каретка

– велика кількість перестановок полків або переміщень бурильника і устаткування при бурінні різних уступів.

2. Підошвоуступним забоєм (рис. 7.10). Відбійка руди виконується горизонтальними, вертикальними або похилими нисхідними шпурами.

Переваги:

– наявність додаткової оголеної поверхні;

– буріння шпурів здійснюється з уступів.

Рис. 7.10. Шпурова відбійка руди підошвоуступним забоєм: 1 – горизонтальні шпури; 2 – вертикальні шпури; 3 – похилі шпури; 4 – поклад; 5 – переносний (ручний) перфоратор

Недоліки:

– доставка руди з уступів вручну лопатами;

– при скреперній доставці руди забій перетворюється на безформний укіс;

– необхідність переміщення бурильника і обладнання з уступу на уступ.

3. Суцільним вертикальним або горизонтальним забоєм, рис. 7.11. Ця відбійка є найбільш ефективна і поширена.

Переваги:

– переміщення бурильника та обладнання в одній площині;

– можливість застосування самохідних бурових установок.

Рис. 7.11. Шпурова відбійка руди суцільним забоєм: 1 – поклад;
2 – горизонтальні шпури; 3 – бурова каретка; 4 – переносний (ручний) перфоратор

Недоліки:

– відсутність додаткової оголеної поверхні.

При м’яких рудах для буріння горизонтальних і слабопохилих шпурів застосовують переносні перфоратори з пневмопідтримуючою колонкою, для буріння вертикальних і крутопохилих шпурів застосовують телескопні перфоратори.

У покладах середньої і вищесередньої потужності при міцних рудах застосовують самохідні бурові установки з потужними колонковими перфораторами. Застосовуються як пневматичні, так і гідравлічні перфоратори. У порівнянні з пневматичними перфораторами гідравлічні забезпечують збільшення в 1,5-2 рази швидкості буріння, меншій (на 50-60%) витрати енергії, менший рівень шуму. До недоліків слід віднести більш високу вартість обладнання, необхідність більш кваліфікованого обслуговування.

Заряджання шпурів здійснюється головним чином гранульованими ВР, при яких заряджання повністю механізовано. Набагато рідше використовують патроновані ВР.