Лекция № 8 Технологическая характеристика взрывчатых веществ и средств инициирования

Для взрывания пород в карьерах широко используются сыпучие гранулированные ВВ (гранулотол, гранулиты, граммониты, игданиты и др.) водосодержащие ВВ (акватолы, ифзаниты, карботолы и др.) гарячельющиеся ВВ (Powergel 800, Handibulk Wet, граммонит-Э и др.) и реже – порошкообразные ВВ (аммониты, аммоналы, детонит и др.).

Порошкообразные ВВ в рассыпном или патронированном виде применяются при вторичном взрывании негабаритных кусков для шпуровых и скважинных зарядов на маломощных карьерах и в качестве промежуточных детонаторов для инициирования основных зарядов из водосодержащих и гранулированных ВВ. Для инициирования указанных зарядов применяются также цилиндрические тротиловые и пентолитовые шашки. Сравнение действия ВВ производится по переводному коэффициенту ВВ, равному отношению удельных расходов эталонного ( аммонит № 6ЖВ или граммонит 79/21) и сравниваемого ВВ при одинаковых результатов взрывов в аналогичных условиях.

Технологические качества ВВ определяются бризантностью, работоспособностью, плотностью, водоустойчивостью, возможностью механического заряжания. Большая плотность заряжания обеспечивает высокое давление газообразных продуктов взрыва и увеличивает коэффициент полезного действия взрывав породах, который в настоящее время составляет около 10% потенциальной энергии ВВ.

Эффективность и область применения различных ВВ зависит от прочности, вязкости и обводненности пород, трещиноватости массива, наличия мерзлоты и других факторов (таблица 8.1).

С увеличением блочности массивов, прочности и вязкости пород для их качественного дробления необходимы большой удельный расход ВВ с высокой бризантностью.

Гранулированные ВВ (гранулиты и граммониты ) неводоустойчивы, а поэтому непригодны для заряжания обводненных скважин. Поэтому в этих случаях применяют гранулотол и алюмотол. Для скважин с непроточной водой используются граммонит 30/70, а также акватолы, карботолы, гарячельющиеся ВВ при заряжании их под столб воды. Патронированные ВВ нецелесообразно применять для скважинных зарядов из-за малой плотности, высокой трудоемкрсти и стоимости взрывания; их применяют в шпуровых зарядах.

Таблица 8.1 Область применения различных типов взрывчатых веществ

Условия размещения зарядов ВВ	Породы
Весьма труднобури - мые и исключительно труднобуримые Пб = 16-25	Средней буримости и труднобуримые Пб = 6-15	Легкобуримые Пб <6
Сухие скважины и котлы или сухая часть обводненных скважин   Обводненная часть сухих скважин с непроточной водой   Обводненная часть скважин с проточной водой Камеры сухие и обводненные   Шпуры в сухих забоях Шпуры в обводненных забоях	Ифзаниты карботол ГЛ -10В; граммонит 79/21; гранулит АС-8   Алюмотол; гранулотол; карботол ГЛ-10В; граммонит 30/70     Алюмотол; гранулотол   Гранулит АС-8; гранулит М; игданит Гранулит АС-8   Аммонал; детонит М; аммонит № 6ЖВ (патронированный)	Ифзаниты карботол 15Т; граммонит 79/21; гранулиты АС-8, АС-4 Ифзанит; карботол 15Т; гранулотол; алюмотол; граммонит 30/70   Алюмотол гранулотол   Гранулит АС-4; игданит   ГранулитАС-4; игданит; аммонал; детонит М; аммонит № 6ЖВ (патронированный)	Гранулит АС-4, М; игданит; граммонит 79/21; карбатол 15Т   Граммонит 30/70; карботол 15Т; гранулотол   Гранулотол     Гранулит АС-4, М; игданит   Игданит; гранулит АС-4; аммонит № 6ЖВ (патронированный)

При выборе типа ВВ учитывают как технологические, так и экономические факторы, в том числе не только объемную энергию ВВ (количество энергии на единицу объема скважины) и ее стоимость, но и стоимость бурения. Замена одного типа ВВ другим целесообразна при условии

> , (8.1)

где Свв1, Свв2 – стоимость 1 кг ВВ соответственно первого и второго типов, тенге;

Сб – удельная стоимость бурения для размещения ВВ, тенге; Q1 и Q2 – теплота взрыва ВВ соответственно первого и второго типов, кДж/кг.

Затраты на бурение пород ІІІ - V классов по буримости выше, чем на взрывание, что определяет целесообразность применения более дорогих ВВ с большим запасом энергии.

Многие простейшие ВВ, не обладающие большой энергией, дешевы, легко поддаются механизированному заряжанию, и поэтому их часто предпочитают при массовом производстве взрывных работ, особенно в легковзрываемых породах.

Средства инициирования должны обеспечить надежность и безопасность взрывных работ, быть водоустойчивыми, масло- и бензостойкими. Они проверяются на предприятиях в соответствии с инструкциями или положениями Единых правил безопасности при взрывных работах.

Взрываемость горных пород

Степень дробления породы взрывом зависит прежде всего от е сопротивления действию взрыва, что характеризуется удельным расходом ВВ q (г/м³), необходимым для достижения заданного эффекта дробления.

Аналитический расчет удельного расхода ВВ в настоящее время невозможен, так как математическое описание анизатропнцых физико-технических характеристик породы и технологических условий взрывания, влияющих на сопротивление породы взрыву, крайне сложно. Вместе с тем многочисленные наблюдения и производственный опыт указывают на возможность относительной оценки сопротивления пород взрыванию.

Отправными для относительного расчета удельного расхода ВВ являются следующие условия:

1. Энергия ВВ (а следовательно и его расход) при дроблении породы в массиве затрачивается на создание новых поверхностей с преодолением пределов прочности породы при сжатии Gсж, сдвиге Gсдв и растяжении Gраст; эти пределы устанавливаются механическими испытаниями образцов пород. Доля участия сжимающих, сдвигающих и растягивающих напряжений в дроблении при различных видах и условиях взрывания не одинакова. Для относительной оценки взрываемости пород допустимо принять их участие одинаковым.

При этом функция удельного расхода ВВ имеет вид

q` = f`( ). (8.2)

2. Расход энергии ВВ на дробление породы пропорционален площади вновь создаваемых взрывом поверхностей; в свою очередь они пропорциональны степени дробления n, т.е. отношению средних линейных размеров отдельности в массиве ℓср и куска взорванной породы dср. При этом функция удельного расхода ВВ имеет вид

q``=f``(n)= f``( ). (8.3)

Можно полагать, что вновь создаваемая взрывом поверхность S 6( n-1).

Увеличение степени дробления n при отсуствии в породе трещин первого и второго порядков практически пропорционально увеличению удельного расхода ВВ. Обычно в практике взрывания n= 2—4. В частных случаях, например, при взрывании мелкоблочных пород, когда dср= ℓср = 0.1-0.25 м, естественные отдельности практически не дробятся и порода разрушается взрывом на сотрясение с минимальным расходом ВВ.

3. Энергия ВВ затрачивается также на преодоление силы тяжести и придания кускам взорванной породы кинетической энергии. Эти затраты пропорциональны плотности породы ; соответствующая функция имеет вид

q```= f```( ). (8.4)

4. Для сопоставимости результатов взрывов и исключения влияния дополнительных факторов на показатель трудности взрывания данной породы необходимы эталонные условия взрывания. В качестве эталонного принят взрыв на дробление 1 м³ монолитной породы при наличии шести открытых поверхностей (рис. 8.1) (свободно подвешенный куб) с расположенным в центре куба зарядом эталонного ВВ (аммонит №6ЖВ) и при степени дробления породы n=2. В результате взрыва получается (условно) восемь кубиков и создаются новые поверхности с S= 6 м². При соблюдении указанных условий эталонный удельный расход ВВ (г/м³) определяется из эмпирического выражения

Qэ= К₁ ( Gсж + Gсдв + Gраст)+ К₂ g, (8.5)

где - плотность породы, кг/м³; К₁и К₂- эмпирические коэффициенты. Эталонный удельный расход ВВ для большинства взрываемых горных пород изменяется от 10 до 100 г/м³, достигая в особых случаях для внекатегорийных пород большей величины (таблица 8.2)

Таблица 8.2 Показатели эталонного расхода ВВ (для учебных расчетов)

Класс пород по трудности дробления взрывом	Породы	К1 (Gсж+Gсдв+ Gраст), г/ м3	К2 g г/ м3	qэ
І ІІ   ІІІ ІV V	Легковзрываемые Средней трудности взрывания Трудновзрываемые Весьма трудновзрываемые Исключительно трудновзрываемые	1-12 17-30   36-48 55-56 74-84	3- 8 4-10   5-12 6-14 7-16	4-20 21-40   41-60 61-80 81-100

При эталонных условиях взрывания решающее значение имеет сопротивление пород растяжению Gраст из-за наличия у куба шести открытых поверхностей. Однако для относительной оценки взрываемости пород, в соответствии с общими положениями метода, целесообразно использовать в качестве критерия сумму показателей прочности породы Gсж,Gсдв и Gраст.

В соответствии с изложенным все горные породы по трудности дробления взрывом (по величине эталонного удельного расхода ВВ) могут быть разделены на пять классов и 25 категорий:

І класс легковзрываемые породы; qэ 20 г/м³; категория 1,2,3,4,5;

ІІ класс породы средней трудности взрывания; qэ=20.1-40 г/м³; категории 6,7,8,9.10;

ІІІ класс трудновзрываемые породы; qэ = 40.1-60 г/м³; категории 11,12,13,14,15;

ІV класс весьма трудновзрываемые породы; qэ = 60.1-80 г/м³; категории 16,17,18,19,20;

V класс исключительно трудновзрываемые породы qэ 80.1 г/м3; категории 21,22,23,24,25.

Показатель эталонного удельного расхода ВВ базируется на объективных характеристиках породы ( , Gсж,Gсдв,Gраст) подлежащих экспериментальному определению. Они могут быть получены для вновь проектируемых предприятий по данным геологической разведки (см.таблицу 8.2), а на действующих карьерах путем испытаний конкретных пород.

Эталонный удельный расход ВВ используется не только для классификации горных пород по степени трудности их дробления взрывом. Он также является основой для предварительного выбора технологии взрывания и расчета проектного расхода ВВ.