Лукьянов В.Г., Комащенко В.И., Шмурыгин В.А. Взрывные работы

Подождите немного. Документ загружается.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.Г. Лукьянов, В.И. Комащенко, В.А. Шмурыгин

ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ

Допущено Учебно-методическим объединением

по образованию в области прикладной геологии

в качестве учебника для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по специальности 130203 «Технология и техника

разведки месторождений полезных ископаемых» направления

подготовки 130200 «Технологии геологической разведки»

Издательство

Томского политехнического университета

2008

УДК 622.235.6(075.8)

ББК 33.133

Л84

Лукьянов В.Г.

Л84 Взрывные работы: учебник для вузов / В.Г. Лукьянов,

В.И. Комащенко, В.А. Шмурыгин. – Томск: Изд-во Томского

политехнического университета

, 2008. – 402 с.

ISBN 5-98298-376-4

В учебнике изложены общие сведения о прострелочно-взрывных работах,

ядерных взрывах в промышленности и охране окружающей среды. Приведены

способы бурения при разрушении горных пород. Описаны взрывчатые мате-

риалы, способы и методы взрывных работ. Большое внимание уделено основам

теории взрыва и взрывчатых веществ. Дано описание общих принципов распо-

ложения и расчеты зарядов взрывчатых веществ в геологоразведке и инженер-

ной геологии. Рассмотрены правила безопасного хранения, перевозки и унич-

тожения взрывчатых материалов.

Учебник разработан в рамках реализации Инновационной образователь-

ной программы ТПУ по направлению «Рациональное природопользование

и экологически безопасные технологии разработки месторождений, транспор-

тировки, переработки нефти и газа» и предназначен для студентов геологиче-

ских специальностей, инженерно-технических работников, занимающихся гор-

ным делом, а также может быть полезен для слушателей курсов дополнитель-

ного обучения специалистов на право технического руководства горными и

взрывными работами.

УДК 622.235.6(075.8)

ББК 33.133

Рецензенты

Кафедра строительства подземных сооружений и шахт

Кузбасского государственного технического университета

(зав. кафедрой, доктор технических наук, профессор В.В. Першин)

Доктор технических наук, профессор

директор Тульского научно-исследовательского

геологического предприятия

В.И. Власюк

ISBN 5-98298-376-4 © Лукьянов В.Г., Комащенко В.И.,

Шмурыгин В.А., 2008

политехнического университета, 2008

Посвящается 100-летию первого выпуска гор-

ных инженеров в Томском политехническом

университете, в числе которых был Основа-

тель Сибирской горной школы Дмитрий Алек-

сандрович Стрельников 1881–1964. Пятна-

дцать его учеников стали Героями Социали-

стического Труда

ВВЕДЕНИЕ

В общем комплексе работ при поисках и разведке месторождений по-

лезных ископаемых горно-разведочные работы занимают важное место,

обеспечивая высокое качество и достоверность получаемых геологических

данных, особенно в условиях разведки месторождений цветных, редких и

благородных металлов. Бывшим Министерством геологии СССР при раз-

ведке месторождений, главным образом на стадии детальной разведки, еже

годно проводилось около 300 тыс. м горизонтальных горно-разведочных вы-

работок. Такой же объём горно-разведочных выработок ежегодно выполнял-

ся и в других отраслях горнодобывающей промышленности.

Сокращение сроков разведки месторождений и ввод их в эксплуа-

тацию выдвигают в качестве одной из главных задач – увеличение ско-

рости проведения подземных горно-разведочных выработок.

Академик

Е.А. Козловский неоднократно указывал на необходимость довести

проходку горных выработок скоростными методами до 60 % общего

объема. В связи с этим вопрос совершенствования технологии и органи-

зации работ приобретает исключительно важное значение.

Породу в горно-разведочных выработках разрушают различными

способами, определяемыми главным образом физико-техническими ха-

рактеристиками горных пород: механизмами, с

помощью взрывчатых

веществ (ВВ), вручную, действием высоконапорной водяной струи, те-

пловыми, электромагнитными воздействиями и т. д.

При проведении горных выработок (особенно подземных) наибо-

лее распространен способ разрушения пород с применением ВВ.

Взрывная отбойка определяет технологию и организацию проход-

ческих работ.

Использование энергии взрыва в процессе разведки месторожде-

ний практикуется не

только при проведении горных выработок, но и для

других целей, в том числе и при подземной прокладке магистральных

трубопроводов.

В настоящее время актуальна народнохозяйственная задача со-

кращения сроков и стоимости освоения месторождений твёрдых полез-

ных ископаемых, разведка которых требует больших объёмов подзем-

ных горных выработок.

Задача эта успешно решается в части месторождений, подлежа-

щих первоочередному освоению, путем совмещения детальной развед-

ки с промышленным освоением, т. е. сооружения и использования для

детальной разведки горно-капитальных и горно-подготовительных вы-

работок (выработок разведочно-эксплуатационного назначения).

Содержание учебника

соответствует одобренной Министерством

образования и науки РФ примерной программе дисциплины «Взрывные

работы» направления подготовки специалистов «Технология геологиче-

ской разведки».

Учебник состоит из четырех разделов. Первый раздел посвящен

рассмотрению процессов бурения шпуров и скважин, вопросам приме-

нения различных буровых машин. Значительное внимание уделено

улучшению условий труда и организации работ.

Второй раздел охватывает широкий круг вопросов, посвященных

теории взрыва, взрывчатым веществам, способам и средствам иниции-

рования зарядов и правилам безопасного ведения взрывных работ. Де-

тально рассмотрены физические основы действия взрыва. Многие мате-

риалы, приведенные во втором разделе, можно с успехом применять

при выполнении лабораторных работ. Раздел содержит также парагра-

фы, касающиеся организации и механизации взрывных работ.

В третьем разделе изложены взрывные работы в геологоразведке

и инженерной геологии, даны общие принципы расположения и расчета

зарядов ВВ. Значительное место отведено специальным взрывным ра-

ботам. Дан расчет зон уплотнения при взрыве заряда.

В четвертом разделе широко представлены прострелочные и

взрывные работы в скважинах, применяемых при отборе образцов по-

род, проб жидкости и газа, при вскрытии пластов, повышении отдачи

пластов, разделительном тампонаже скважин, ликвидации осложнений

в глубоких скважинах. Описаны устройство, снаряжение, технические

характеристики прострелочных аппаратов, организация прострелочных

работ. В разделе также рассмотрено применение ядерных взрывов в

промышленности, показано отрицательное действие взрывов на окру-

жающую среду и изложены мероприятия по снижению негативных эко-

логических последствий взрывных работ при геологоразведке.

В конце каждого раздела, в соответствии с требованиями Миноб-

разования РФ к учебной литературе, содержится перечень контрольных

вопросов.

Авторы благодарны заведующему кафедрой строительства под-

земных сооружений и шахт Кузбасского государственного технического

университета доктору технических наук, профессору, заслуженному

деятелю науки РФ В.В. Першину, генеральному директору ОАО «Туль-

ское научно-исследовательское геологическое предприятие», заслужен-

ному геологу РФ, лауреату Государственной премии СССР, доктору

технических наук, профессору В.И. Власюку, кандидату технических

наук В.И. Луневу за сделанные ими замечания и предложения, которые

учтены в процессе работы над учебником.

Авторы также считают своим долгом выразить глубокую благо-

дарность за моральную и финансовую поддержку первому проректору

Томского политехнического университета профессору, доктору геолого-

минералогических наук, академику РАЕН А.К. Мазурову и заместителю

губернатора Томской области, доктору технических наук, профессору,

академику РАЕН П.С. Чубику.

РАЗДЕЛ I. БУРОВЫЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1

РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ ВЗРЫВНЫХ

СКВАЖИН (шпуров)

Для обеспечения эффективности взрывной отбойки пород заряды

ВВ необходимо размещать внутри массива горных пород в искусствен-

но создаваемых полостях (зарядные камеры).

В качестве зарядных камер используют в основном скважины раз-

личных размеров. При диаметре скважин до 75 мм и глубине до 5 м их

называют шпурами, при более значительных размерах – взрывными

скважинами (относительно редко ВВ размещают непосредственно в

специальных горных выработках, называемых минными).

Определенное количество ВВ, подготовленное к взрыву, называ-

ют зарядом ВВ. В зависимости от типа взрывных камер различают ме-

тоды отбойки пород зарядами, которые расположены в шпурах (шпуро-

вые заряды), во взрывных скважинах (скважинные заряды) и в минных

выработках (камерные заряды).

При проведении разведочных выработок почти во всех случаях

порода отбивается шпуровыми зарядами. Область распространения от-

бойки скважинными зарядами при разведке месторождений ограничи-

вается проведением в некоторых случаях открытых и иногда подземных

горных выработок. Отбойку пород, выполняемую взрыванием камер-

ных зарядов, используют только на горных предприятиях (при разведке

месторождений она практически не применяется).

Таким образом, при горно-разведочных работах взрывной отбойке

предшествует в основном бурение шпуров.

При бурении происходят последовательные разрушения поверх-

ности забоя шпура или скважины и извлечение продуктов разрушения

на поверхность. Рассматриваемый процесс состоит из следующих ос-

новных операций: подготовка и установка бурильной машины, бурение

с очисткой скважины от продуктов разрушения, наращивание бурового

става для достижения требуемой глубины бурения и его разборки после

окончания работ, смена изношенного бурового инструмента.

По характеру разрушающего воздействия способы бурения шпу-

ров и скважин можно разделить на механические, немеханические (фи-

зико-химические) и комбинированные (рис. 1.1).

В условиях геолого-разведочных работ породу при бурении раз-

рушают с помощью передачи на забой через буровой инструмент меха-

нических нагрузок, т. е. механическими способами. При таких способах

бурения на забой передают сжимающие нагрузки, вызывающие в поро-

де напряжения сжатия, которые трансформируются в напряжения сдви-

га, среза, растяжения. Когда эти напряжения превышают предел проч-

ности, порода на забое разрушается. В табл. 1.1 приведены области

применения способов бурения в зависимости от крепости горных пород.

В крепких породах применяют ударные способы бурения. В мягких по-

родах эффективнее применять способы, в которых преобладает резание.

Важной операцией при бурении является удаление шлама из шпу-

ра (скважины), которое осуществляется водой, воздушной струёй или

механически.

Различают колонковое бурение с отбором керна, когда по периферии

сечения забоя выбуривается кольцевое углубление, а центральная неразру-

шенная часть породы (керн) извлекается с помощью специальных керно-

подъёмников на поверхность, и бурение сплошным забоем, когда буро-

вой инструмент разрушает всю площадь забоя.

По способу удаления продуктов разрушения с забоя различают пе-

риодическую (с помощью желонок, различных буров и грунтоносов) и

непрерывную очистку. Последняя осуществляется механически с помо-

щью витых штанг и шнеков (при вращательном бурении) и циркули-

рующим жидким аэрированным или газообразным агентом (при вра-

щательном и ударном бурении).

По способу подачи промывочного агента к забою различают

прямую очистку, при которой агент движется внутри бурового става,

омывает забой и вместе с продуктами разрушения поднимается по за-

трубному пространству на поверхность, и обратную очистку, при кото-

рой промывочный агент подается по затрубному пространству, посту-

пает вместе с продуктами разрушения внутрь бурового става и поднима-

ется на поверхность.

Рис. 1.1. Классификация способов бурения шпуров и скважин

Таблица 1.1

Области применения различных способов бурения

Способ

бурения

Инструмент Буровое оборудование

Диаметр

шпура

или

скважи-

ны, мм

Коэффициент

крепости пород

по шкале проф.

М.М. Протодья-

конова

Подземные работы

Вращательный Твёрдосплавные

резцы

Свёрла, станку СБВ

40...50

8≤

–′′–

Шарошечные

долота

Станки СБШ 110...150

6≤

Твёрдосплавные

коронки

Бурильные установки БУ 42...52

8...14

Вращательно-

ударный

Твёрдосплавные

коронки

Станки СБУ с пневмо-

ударниками

60...85

6...20

Ударно-

вращательный

Станки СБУ, с погружными

пневмоударниками

85...105

6...20

Ударный

Перфораторы

36...60

4...20

Открытые работы

Вращательный Твёрдосплавные

резцы

Станки СБР 125…160

2...6

–′′–

Шарошечные

долота

Станки СБШ 145...320 6...18

Ударно-

поворотный

Твёрдосплавные

коронки

Станки СБУ 105...200 10...18

Ударный Стальные долота Станки СБК

320

10...18

Термический

–

Станки СБО 180...250 14...20

По виду используемой энергии различают ручное бурение, когда

все операции выполняются вручную, и машинное (с помощью электриче-

ской, пневматической и гидравлической энергии), когда все процессы

бурения выполняются с применением различных механизмов для разру-

шения горной породы и транспортировки продуктов разрушения на

поверхность.

Бурение скважин и шпуров осуществляется разнообразными бу-

рильными молотками, буровыми станками и установками, которые ха-

рактеризуются разными принципами воздействия бурового инструмен-

та на забой и очистки скважин или шпуров при бурении от продуктов

разрушения.

Производительность бурильной машины характеризуют числом

метров скважин, пробуренных машиной за рабочую смену. Время (мин)

на бурение 1 м скважины

п.з

в.с

р.п

(1.1)

где Т

п.з

– продолжительность подготовительно-заключительных операций

(прием и сдача смены, приведение забоя в безопасное состояние и др.),

отнесенная к 1 м скважины (шпура), мин; Т

– продолжительность ос-

новной операции – бурение 1 м скважины, мин;

в.с

– продолжительность

вспомогательных операций, отнесенная к 1 м скважины (шпура), мин;

р.п

– продолжительность регламентированных перерывов (отдых и др.),

мин.

Сменная производительность (м/смену) бурильной машины по бу-

рению

L = 60 · T

см

/ Т,

(1.2)

где T

см

– продолжительность рабочей смены, ч.

Как видно из формул (1.1) и (1.2), производительность буровых

машин повышается при уменьшении времени на подготовительно-

заключительные и вспомогательные операции, которые в общем балан-

се времени составляют иногда значительную долю. Продолжительность

подготовительно-заключительных операций можно уменьшить, например,

вследствие сокращения времени на подготовку к бурению путём автомати-

зации управления буровыми машинами и установки их на самоходные

платформы. Вспомогательное время в основном складывается из времени

на наращивание става штанг, смену инструмента и спускоподъемные опе-

рации, вызываемые необходимостью смены инструмента.

Механическая скорость бурения υ

мех

(м/мин) выражается длиной

скважины, пробуренной в единицу чистого времени бурения:

мех

= 1/Т

. (1.3)

Механическая скорость бурения зависит от свойств горных пород,

конструкции инструмента, некоторых энергетических и режимных па-

раметров буровых машин.