Общие сведения об отбойке пород с помощью взрывчатых веществ

23.12.2016

С доисторических времен вплоть до XVII в. при производстве горных работ отбойка породы от массива осуществлялась вручную; для разрушения крепких пород применяли огневой способ, заключающийся в местном нагреве породы (кострами) до появления в ней трещин с последующей ручной разборкой забоя.
В 1627 г. в Словакии для отбойки крепких пород при проходке штольни впервые было применено взрывчатое вещество — порох. В последующие десятилетия так называемые «порохострельные работы» получают широкое распространение на горных предприятиях. К сороковым годам XVIII в. взрывная отбойка становится основной при ведении горных работ в крепких породах.
Однако подлинная техническая революция не только во взрывной отбойке, но вообще в технологии горного производства произошла с изобретением и внедрением в горные работы в 1875 г. динамита и гремучертутных капсюлей, необходимых для его взрывания.
Отметим, что взрывчатыми веществами (обозначаемыми для краткости BB) называют смеси и химические соединения, способные под влиянием определенного внешнего воздействия (нагрева, удара, взрыва другого BB) к быстрому химическому превращению в более устойчивые вещества с образованием большого количества газов и выделением тепла, обуславливающих возникновение очень высоких давлений в месте взрыва.
Скорость взрывчатого разложения внутри заряда BB может быть разной и в значительной степени определяет разрушительное действие взрыва заряда на породу.
По скорости взрывчатого разложения взрывчатые вещества делят на метательные (фугасные) и дробящие (бризантные). К метательным взрывчатым веществам относятся пороха. Для разрушения пород при горных работах в настоящее время применяются дробящие взрывчатые вещества, скорость разложения которых измеряется тысячами метров в секунду, а практически мгновенное возрастание давления приводит к большему дроблению разрушаемой породы при относительно небольшом разбросе породных кусков.
Ассортимент применяемых при горных работах BB весьма разнообразен; основную группу BB составляют так называемые аммиачно-селитренные, обычно представляющие собой смеси аммиачной селитры с взрывчатыми или невзрывчатыми компонентами.
Способностью взрываться при нагревании в открытом (незамкнутом) пространстве обладают немногие BB (например, азид свинца); большинство BB при нагреве загораются и сгорают спокойным пламенем или вовсе не горят.
Вследствие этого тепловая энергия не используется для инициирования взрыва заряда BB; использование энергии удара или трения для инициирования взрыва крайне неудобно.
С учетом изложенного в современной практике взрывных работ используется возбуждение взрывного разложения заряда BB от «толчка», возникающего при взрыве небольшого заряда «инициирующего» взрывчатого вещества, способного к взрывчатому разложению от теплового воздействия (искры). Тепловая энергия передается инициирующему взрывчатому веществу от электровоспламенителя или огнепроводного шнура. Средства взрывания заряда BB (заряд инициирующего взрывчатого вещества и средства передачи ему тепловой энергии) для сокращения обозначают СВ.
Взрывчатые вещества и средства взрывания объединяют общим термином — «взрывчатые материалы» (BM).
Взрывная отбойка применяется при подземных и открытых горных работах, осуществляемых в процессе разведки и разработки месторождений полезных ископаемых.
Этот способ отбойки успешно применяется при различной крепости горных пород; при разработке, например, угольных месторождений с помощью BB отбиваются породы, коэффициент крепости которых не превышает 2—3. По мере повышения крепости пород значение взрывной отбойки среди прочих способов возрастает. При крепких и крепчайших породах взрывной способ отбойки в настоящее время незаменим. В связи с этим взрывчатые материалы широко используются при горноразведочных работах, строительстве шахт и карьеров и при добыче полезных ископаемых.
Масштабы взрывных работ, осуществляемых геологоразведочными партиями (ГРП), шахтостроительными организациями и горными предприятиями, весьма различны. В некоторых ГРП применение взрывных работ носит эпизодический характер, в других — взрывные работы являются неотъемлемой технологической операцией горнопроходческих работ, выполняемой повседневно в значительных объемах; особенно велики объемы взрывных работ при разработке месторождений, характеризующихся повышенной крепостью вмещающих пород и полезного ископаемого. В этих условиях нередко осуществляется массовая отбойка горных пород с одновременным взрыванием зарядов BB массой до десятков и сотен тонн.
Для достижения эффективной отбойки породы с помощью BB его необходимо разместить внутри породного массива, подлежащего разрушению, в полости, называемой зарядной камерой.
Заряды BB могут помещаться в скважинах небольших размеров (глубиной до 6—8 м и диаметром 65—75 мм), называемых шпурами, и скважинах более значительных размеров, называемых взрывными скважинами, или в горных выработках, называемых минными. В соответствии с этим различают следующие основные методы отбойки пород с помощью взрывчатых веществ:
1. Отбойка зарядами, расположенными в шпурах (шпуровыми зарядами).
2. Отбойка зарядами, расположенными во взрывных скважинах (применяемый иногда термин «скважинными зарядами» не рекомендуется).
3. Отбойка зарядами в минных выработках (камерными зарядами).
Отбойка зарядами, расположенными в шпурах. При сравнительно небольших размерах шпуров в них можно разместить заряды BB, масса которых измеряется сотнями граммов или килограммами; при взрыве такого заряда достигается разрушение относительно небольшого количества породы. Поэтому для повышения эффективности отбойки в забое горной выработки пробуривается не один, а несколько (комплект) шпуров. Форму шпуров с некоторым приближением можно считать цилиндрической, помещаемые в них заряды также приобретают форму цилиндров.
Заряды, длина которых более чем в четыре раза превышает, диаметр, называют удлиненными; в отличие от них заряды с длиной, равной или меньшей четырех диаметров, называют сосредоточенными. При шпуровой отбойке применяют, как правило, удлиненные заряды; однако в некоторых случаях, стремясь увеличить заряд, в конце шпура устраивают шарообразную полость, называемую котлом. Заряд BB, размещаемый в котле по своей форме относится к сосредоточенным; при этом отбойку называют шнуровой с котловыми зарядами.
Шпуровой метод отбойки является наиболее универсальным, его широко применяют при различных горных работах, проводимых в породах разной крепости. Отбойку зарядами в шпурах применяют при проходке разведочных и эксплуатационных горных выработок, а также при добыче полезных ископаемых подземным и открытым способами.
Отбойка зарядами, расположенными во взрывных скважинах. Этот метод отбойки имеет более ограниченную область применения при горных работах нежели упомянутый выше. Наиболее широкое распространение он получил при добыче рудных полезных ископаемых открытым и подземным способами. При открытой разработке месторождений длина (глубина) скважин достигает 15—18 м, диаметр — 200—250 мм. При подземной разработке применяют скважины глубиной 40—50 м, диаметром до 100—150 мм. Применяемые при добычных подземных работах взрывные скважины нередко называют глубокими скважинами и соответственно метод отбойки называют отбойкой зарядами в глубоких скважинах.
Во взрывных скважинах размещаются удлиненные заряды BB: сплошные и прерывные (рассредоточенные). В рассредоточенных зарядах массу BB разделяют на части, промежутки между которыми обычно заполняют инертным невзрывчатым материалом. Масса зарядов в скважинах измеряется десятками и сотнями килограммов.
Метод отбойки зарядами во взрывных скважинах характеризуется высокой производительностью и сравнительно небольшим удельным расходом BM; к недостаткам его следует отнести относительно неравномерное дробление отбиваемых от массива пород. Этот метод применяют для одновременной отбойки значительного количества породы (что достигается при взрывании комплектов скважин) на карьерах или рудниках; для проведения подземных выработок он, как правило, не применяется.
Отбойка зарядами, расположенными в минных выработках. Сосредоточенные заряды BB большой массы (измеряемые тоннами или десятками, а иногда и сотнями тонн) размещаются при этом способе отбойки в специальных подземных камерах или непосредственно в шурфах, штольнях и других горных выработках. Метод отбойки зарядами в минных выработках в настоящее время применяют для разрушения главным образом крепких горных пород при открытой и подземной разработках. Так как при этом одновременно отбивается от массива весьма значительное количество горных пород, то отбойку зарядами в минных выработках (как, впрочем, и во взрывных скважинах) называют массовой отбойкой. По сравнению с методом отбойки зарядами во взрывных скважинах отбойка зарядами, расположенными в минных выработках, характеризуется более высокой трудоемкостью (проведение выработок) и неравномерностью дробления пород.
При разведке и разработке месторождений полезных ископаемых BB используют и для вторичного дробления крупных (некондиционных) кусков пород или разрушения крупных валунов. Разрушение достигается при взрыве относительно небольшого заряда, размещенного в шпуре, пробуренном в куске породы, или расположенного непосредственно на поверхности этого куска (соответственно заряды называют шпуровыми или накладными).
При производстве открытых горных, дорожно-строительных, ирригационных и мелиоративных работ, а также при разведке месторождений полезных ископаемых с помощью энергии взрыва осуществляется иногда не только разрушение, но и перемещение (выбрасывание) породы за пределы профиля выработки; такой процесс называется взрыванием на выброс. В результате взрывания на выброс на земной поверхности образуются практически готовые выработки в виде траншей, каналов, канав и котлованов.
При поисках и разведке месторождений полезных ископаемых взрывание на выброс производится с целью проведения разведочных канав. Величина и расположение зарядов BB, размещаемых в шпурах, скважинах или горных выработках, выбирается с таким расчетом, чтобы не только разрушить породу, но и выбросить ее из выработки в определенном направлении и на необходимое расстояние.