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

Подождите немного. Документ загружается.

211

дробления свободнолежащих негабаритных кусков с коэффициентом

крепости по шкале профессора М.М. Протодьяконова f = 12…18.

При дроблении теми же зарядами негабаритов в случае нахождения

кусков в зажатых условиях предельные размеры этих кусков уменьшаются

в 1,75–2 раза по сравнению со значениями, указанными в табл. 3.7.

Рис. 3.3. Кумулятивный заряд для вторичного взрывания:

1 – стальная облицовка; 2 – заряд ВВ; 3 – шашка промежуточного детонатора

в оболочке; 4 – алюминиевая скоба; Н – высота заряда;

h – углубление под промежуточный детонатор

Согласно теоретическим расчётам пиковое давление, передаваемое

породе непосредственно с торца накладного заряда, в 1,25–1,35 раза

меньше, чем при ударе торцовым кольцом. Этот теоретический вывод

подтверждается результатами экспериментальных исследований, согласно

которым заряды ЗКП без металлической облицовки на 20…25 % менее

эффективны по сравнению с зарядами ЗКП с металлической облицовкой.

Однако обобщение практического опыта применения сотен тысяч

кумулятивных зарядов ЗКП с облицовкой торца, кумулятивной выемкой

и зарядов ЗКН-КЗ показывает, что при одинаковой массе и плотности

ВВ техническая эффективность зарядов ЗКП лишь на 10…15 % выше

зарядов ЗКН-КЗ.

Однако, вследствие высокой стоимости зарядов ЗКП, стоимость

дробления 1 м

пород в 2–5 раз выше, чем при использовании ЗКН-КЗ.

Поэтому, несмотря на более высокую техническую эффективность за-

рядов ЗКП по сравнению с зарядами ЗКН-КЗ, их применение для вто-

ричного дробления негабаритных кусков горной массы является эконо-

мически менее выгодным, чем зарядов ЗКН-КЗ.

212

В кумулятивных зарядах типа ЗКН-КЗ металлические детали от-

сутствуют, что упрощает технологию их изготовления и резко снижает

их стоимость.

Таблица 3.7

Характеристика кумулятивных зарядов ЗКН-КЗ и ЗКП

Основные

размеры, мм

Предельные

размеры

дробимого негабарита

Тип

заряда

Масса, кг

Высота

Диаметр

Радиус

кумулятивной

воронки

Соотношение масс

активной части заряда

и торцовой

Объём, м

Толщина, м

ЗКН-КЗ-180

ЗКН-КЗ-260

ЗКН-КЗ-500

ЗКН-КЗ-1000

ЗКН-КЗ-2000

ЗКН-КЗ-4000

ЗКП-25

ЗКП-50

ЗКП-100

ЗКП-200

ЗКП-400

ЗКП-1000

ЗКП-2000

ЗКП-4000

0,18

0,26

0,51

1,0

2,0

4,0

0,028

0,076

0,135

0,245

0,475

1,23

2,18

4,0

405

115

105

100

130

150

140

230

100

125

172

200

250

22,5

38,5

1,0

1,55

2,031

,96

2,27

1,97

1,0

2,62

1,81

1,76

1,82

2,85

2,22

1,92

0,24...0,45

0,5...0,7

0,9...1,3

1,4...1,85

3,0...3,5

6,5

0,1

0,18

0,45

0,8

1,6

2,5

4,4

6,9

0,5...0,55

0,65...0,75

0,7...1,00

0,9...1,2

1,3...1,6

1,5...2,0

0,18

0,26

0,45

0,65

0,9

1,2

1,6

2,0

Технология изготовления кумулятивных зарядов ЗКП литьём не

имеет принципиальных отличий от технологий изготовления зарядов

ЗКН-КЗ. Отличие заключается в том, что в специальной форме (излож-

нице) размещают торцовое кольцо с облицовкой кумулятивной выемки,

которое при остывании тротила скрепляется с шашкой ВВ основного

заряда. Тем самым увеличивается крепость конструкции заряда в целом.

Кроме того, промежуточный детонатор с проволочной скобой в заряде

ЗКП размещается после его изготовления путём склеивания сопрягае-

мых поверхностей.

Кумулятивные заряды ЗКН-КЗ и ЗКП допущены к постоянному

применению.

213

Контрольные вопросы

1. Для чего служат промежуточные детонаторы? Какие виды проме-

жуточных детонаторов Вы знаете?

2. Что называют патроном-боевиком?

3. Каков принцип действия плоских кумулятивных зарядов?

4. Чем отличаются друг от друга заряды ЗКП и ЗКН-КЗ?

5. Почему применение зарядов ЗКН-КЗ для дробления негабаритов

экономически более выгодно?

3.5. Средства беспламенного взрывания

Помимо ВВ, действие которых основано на происходящей в мо-

мент взрыва экзотермической реакции, для отбойки угля и пород на

сверхкатегорийных угольных шахтах в особо опасных условиях приме-

няют беспламенное взрывание.

При данном способе порода и уголь разрушаются и перемещают-

ся за счёт газов высокого давления, образующихся в металлических ци-

линдрах (патронах, гильзах), которые срезают специально установлен-

ные диски, диафрагмы или открывают клапаны и выбрасываются через

выхлопные отверстия разрядных головок. Применение беспламенного

взрывания допускается при содержании метана в воздухе до 2 %.

Средства беспламенного взрывания отличаются предохранитель-

ными свойствами. Различают способы беспламенного взрывания с при-

менением патронов гидрокс, аэрдокс (применяется редко).

Гидрокс (рис. 3.4) состоит из металлической гильзы (5) (диаметр –

54 мм, длина – 1320 мм) и патрона БВ-48 (масса – 270 г). Металлическая

гильза закрыта зарядной (7) и разрядной (1) головками. В гильзе, закры-

той переходной муфтой со срезным диском (2), помещён заряд БВ-48,

представляющий собой плотную бумажную гильзу, заполненную смесью

обменных солей. Внутри патрона находятся инициатор реакции разложе-

ния (4), электротермический элемент (6) и основной состав заряда (3).

При включении тока срабатывают электровоспламенитель и иниции-

рующий патрон, возбуждающий реакцию в смеси обменных солей.

Рис. 3.4. Гидрокс

214

Заряд БВ-48 состоит из электротермического элемента ЭТЭ-62,

бумажной гильзы, основного инициирующего состава. Реакция состава

от тепла электротермического элемента происходит без пламени. Ос-

новной состав состоит из аммиачной селитры, азотнокислого магния и

древесной муки. Реакция основного состава происходит при давлении

3,5…5 МПа. Интервал времени между подачей импульса и прорывом

диска составляет 2…10 с.

При погрузке взорванного угля стальные цилиндры укладывают

рядом с конвейером, а при следующем цикле их вновь заряжают патро-

нами. Цилиндр выдерживает до 300 взрываний. Гидрокс обеспечивает

более высокую безопасность взрывных работ, чем предохранительные

ВВ. Взрыв осуществляется с помощью искробезопасного ИВП-1/12.

В патронах аэрдокс (рис. 3.5) источником потенциальной энергии

является сжатый воздух высокого давления. Состоит из стальной трубы

(2), разрядной головки (5) с выхлопными окнами (4), штуцера (1) для под-

ключения к воздушной сети и запорного диска (3). Длина патрона

1,1…2,3 м, диаметр 42…63 мм. Шпуры бурят на 0,2…0,8 м короче патро-

на. Последний закладывают в шпур, затем специальным шлангом соеди-

няют его с воздухопроводом и подают в патрон сжатый воздух под давле-

нием 30…70 МПа. Для взрыва следующего шпура необходимо вставить

новый запорный диск и подать в патрон новую порцию сжатого воздуха.

Рис. 3.5. Аэрдокс

Пневмопатроны выпускаются диаметром 42, 54 и 62 мм и длиной

1 100…2 300 мм. Типоразмеры патронов выбирают в зависимости от

горно-геологических и горно-технических условий разработки. Беспла-

менное взрывание обеспечивает безопасность работ в шахтах, опасных

по газу или пыли, снижение трудоёмкости добычных работ.

Использованные патроны передают в специальные зарядные мас-

терские, находящиеся на поверхности.

3.6. Промышленные ВМ на основе утилизированных боеприпасов

Минобороны СССР в связи со значительными запасами устарев-

шего вооружения и военной техники, в том числе боеприпасов, неодно-

кратно поднимало перед Правительством СССР вопросы об их утилиза-

ции. Особенно серьезно возникла эта проблема в конце 80-х годов, ко-

215

гда с вооружения было снято значительное количество артиллерийских

систем и большая часть боеприпасов оказалась списанной. Самостоя-

тельно Минобороны России не могло справиться с таким объёмом ра-

бот, для чего необходимо было подключать специализированные пред-

приятия боеприпасной отрасли.

Первая Федеральная программа по утилизации начала разрабаты-

ваться в Минэкономики СССР в 1989 г., но эта программа, в основном,

касалась утилизации автотранспорта, дорожной и мостовой техники и

вещевого имущества.

В этот период, а именно в 1991 г., Миноборонпром СССР совме-

стно с Российской Академией наук, учитывая предстоящие большие

проблемы по использованию в народном хозяйстве ВМ утилизируемых

боеприпасов, вышли с предложением создать специальный институт.

Такой институт (НИИ «Росконверсвзрывцентр») был создан в октябре

1991 г. Распоряжением СМ РСФСР № 1114-р.

Основной задачей института было проведение исследований по

использованию в народном хозяйстве утилизируемых боевых взрывча-

тых материалов.

В целях координации работ по утилизации боеприпасов в январе

1992 г. во вновь созданном департаменте боеприпасов и спецхимии

Минпрома России был сформирован подотдел утилизации боеприпасов,

а в Минобороны России в структуре Начальника Вооружения Воору-

женных Сил России создано 17-е управление по утилизации вооруже-

ний и военной техники (В и ВТ). Именно с января 1992 г. начались ра-

боты по утилизации боеприпасов.

Основные направления работ по организации утилизации боепри-

пасов определены Постановлением Правительства РФ от 12.06.93 г.

№ 473, а боевых частей и ракетных двигателей твёрдого топлива – По-

становлением Правительства от 24.12.92 г. № 980-66.

Первая Федеральная программа по утилизации В и ВТ на период

1994–2000 гг., в том числе обычных видов боеприпасов, была утверждена

Постановлением Правительства РФ от 25.05.94 г. № 548. С 1994 г. начаты

практические работы по утилизации боеприпасов, вышел первый Государ-

ственный оборонный заказ по утилизации В и ВТ. Многие предприятия бо-

еприпасной отрасли начали исследовательские работы по созданию новых

промышленных ВВ на основе боевых ВВ, порохов и твёрдых ракетных то-

плив и применению их в промышленности значительно раньше.

Первооткрывателем работ по использованию в народном хозяйст-

ве утилизируемых артиллерийских порохов и баллиститных ракетных

твёрдых топлив (БРТТ) в отрасли был «ЛНПО «Союз».

216

В ЛНПО «Союз» в 1990 г. разработана технология применения

баллиститных ракетных твёрдых топлив, зернёных пироксилиновых и

баллиститных артиллерийских порохов (БП-1, БП-3) для взрывных ра-

бот на открытых рудниках в обводнённых условиях. В это время водо-

устойчивым промышленным ВВ был только гранулированный или че-

шуйчатый тротил. По своей эффективности новые ВВ ему не уступали.

Первым изготовителем БП-1 и БП-3 был Красноярский химический

комбинат «Енисей». Именно с ЛНПО «Союз» вошло в обиход наимено-

вание нового ПВВ – «Гранипор».

В 1995 г. в ЛНПО «Союз» на основе БП-1 и БП-3 создан целый

ряд новых гранипоров с добавлением аммиачной селитры: БПС-1 (БП-1

+ 30 % АС) и БПС-2 (БП-3+30 % АС) и др.

На основе чистых баллиститных порохов и БРТТ созданы новые

гранипоры с добавлением аммиачной селитры в количестве 30 % – это

БС-1 и БС-2 соответственно.

Также в 1990 г. в ЛНПО «Союз» созданы детонирующие сейсми-

ческие заряды на основе БРТТ. Из всех гранипоров, разработанных

ЛНПО «Союз», наибольшее распространение получил гранипор БП-1.

Работу по созданию ПВВ на основе утилизируемых ВМ проделал в пе-

риод 1992–1995 гг. КНИИМ. Этим институтом в 1992 г. были разрабо-

таны следующие ПВВ:

• тротил-У, на основе выплавленного из боеприпасов тротила;

• заряды шланговые – ШЗ-1, ШЗ-2, ШЗ-4 и ШЗ-4П для отбойки гор-

ных пород скважинными зарядами на основе использования утили-

зируемых морских шланговых зарядов, снаряжённых прессованным

тротилом, гексогеном и пластитом;

• источники сейсмических волн ИС-100, ИС-500, ИС-1000 на основе

тротила и гексогена.

В 1993 г. созданы:

• заряды комбинированные модульные диаметром 45, 60 и 75 мм, со-

стоящие из шашек БРТТ, залитых тротилом и предназначенных для

отбойки горных пород в сухих и обводнённых скважинах;

• детонаторы промежуточные универсальные на основе поротола мас-

сой 600, 800, 1000 г.

В 1994 г. разработаны:

• заряды комбинированные скважинные, состоящие из пироксилино-

вых зернёных порохов и аммиачной селитры для отбойки слабооб-

воднённых горных пород;

• альгетолы – 15, 25 и 35, на основе тротила, гексогена и алюминия,

где цифры 15, 25 и 35 показывают процентное содержание гексоге-

217

на. Альгетолы – водоустойчивые гранулированные ПВВ, предназна-

ченые для открытых взрывных работ;

• поротолы – это ПВВ, состоящие из зернёного пироксилинового по-

роха, залитого расплавленным тротилом в соотношении 50:50;

• заряды эмульсионные пороховые на основе эмульсена – П. Приме-

няются в виде патронов диаметром 45, 60, 90, 120 мм на открытых

горных и сейсморазведочных работах.

В 1995 г. разработан водоустойчивый гранипор ППФ на основе

зернёного пироксилинового пороха.

В Научно-исследовательском институте полимерных материалов

(НИИПМ) в 1992 г. разработаны кумулятивные универсальные заряды

на основе дроблёного баллиститного состава.

В 1993 г. разработано водоустойчивое ПВВ – «Дибазит» на основе

дроблёного баллиститного пороха с добавками окисла цинка в качестве

сенсибилизатора с целью повышения взрывчатых характеристик.

В 1998 г. разработаны сейсмические баллиститные заряды и це-

лый ряд боевиков на основе Дибазита и БРТТ.

Завод «Пластмасс» в 1992 г. разработал водоустойчивое ПВВ

«Гёкфол» на основе гексогена в виде сыпучей крошки.

ДВПО «Восход» в 1995 г. разработало ПВВ «Гёксотал» на основе

утилизируемой морской смеси МС в виде сыпучей крошки.

ПО «Авангард» в 1998 г. разработало шашки-детонаторы прессо-

ванные из гранулированных и эмульсионных ПВВ для инициирования

скважинных зарядов.

Научно-исследовательский инженерный институт (НИИИ) в 1994 г.

разработал 8 типов кумулятивных зарядов на основе ТГ-40, ТГ-50 массой

от 3 до 45 кг для дробления негабаритов и разрушения элементов металли-

ческих и бетонных конструкций.

ГНПП «Базальт» разработал в 2000 г. специальные корпусные де-

тонирующие заряды на основе боевых частей утилизируемых ручных

противотанковых гранат, применяемых для дробления негабаритов и в

качестве сейсмических зарядов.

ПО «Полимер» совместно с РХТУ им. Д.И. Менделеева в 1996 г.

изготовило и испытало водосодержащее аммиачно-селитренное ВВ

«Гельпор» на основе зернёных пироксилиновых порохов (60 %) с до-

бавками карбамида и азотнокислого натрия.

Хотелось бы отметить также некоторые работы в области созда-

ния ПВВ на основе утилизируемых ВМ предприятий, не относящихся к

Росбоеприпасам.

218

НТФ «Взрывтехнология» выпускает Гранипор ФМ, который в

данное время допущен к применению и изготавливается предприятиями

боеприпасной отрасли и воинскими частями Минобороны России.

В НИИ «Росконверсвзрывцентр» отмечены только те разработки,

которые дают возможность использовать в промышленности отдельные

элементы утилизируемых боеприпасов без их промышленной перера-

ботки, а именно:

• противотанковые мины в неметаллических корпусах для дробле-

ния негабаритов;

• шланговые заряды – в качестве сейсмических зарядов;

• секции зарядов разминирования – в качестве сейсмических заря-

дов и линейных боевиков;

• баллиститные шашки – в качестве дополнительных детонаторов на

открытых горных работах и шпуровых зарядов для подземных работ.

ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика» и РХТУ им. Д.И. Менделеева

разработали целый ряд зарядов сейсмических ЗС-40 и ЗС-70И на основе

литого тротила, ЗСК-45 на основе аммонита 6ЖВ и акванала АМС,

ЗСГП-45К, ЗСГП-70У-05, ЗСГП-70У-1,0 на основе гельпора ГП-1, по-

мещённых в полиэтиленовые корпуса.

В настоящее время в результате работ многих предприятий уста-

новлено, что практически все взрывчатые материалы, получаемые при

утилизации боеприпасов, могут быть использованы в промышленности

на горных и геофизических работах.

Рис. 3.6. Патрон кардокс для беспламенного взрывания:

1 – зарядная головка; 2 – цилиндр; 3 – нагревательный элемент;

4 – углекислота; 5 – разрядный диск; 6 – разрядная головка;

7 – откидной сектор

В кардоксе газы образуются в результате быстрого испарения

жидкой углекислоты при нагревании. Патрон для беспламенного взры-

вания состоит из полого стального цилиндра, зарядной и разрядной го-

ловок (рис. 3.6). При пропускании тока через мостик накаливания на-

гревательного элемента последний подогревает углекислоту или другой

состав, вызывая бурное выделение газов. При этом давление в патроне

может достигать 50 МПа. Применение патрона кардокс более надежно в

шахтах, опасных по газу и пыли, но не обеспечивает полной безопасно-

219

сти, так как выходящая из патрона углекислота вызывает возникновение

электростатического разряда, распространяющегося по всей электро-

взрывной сети.

Беспламенное взрывание применяется при отбойке угля с f = 1…2

на пологих и наклонных пластах, в шахтах сверхкатегорийных и треть-

ей категории по газу, опасных по пыли, при проведении выработок по

углю, в очистных забоях.

В последние годы проведены исследования по применению

средств беспламенного взрывания при добыче кристаллического сырья,

нарушение целостности кристаллов которого резко снижает его практи-

ческую значимость. Средства беспламенного взрывания перспективны

для использования при добыче пьезокварца, исландского шпата, изум-

рудов, топазов, аквамаринов и других ценных кристаллов.

Контрольные вопросы

1. Область применения средств беспламенного взрывания.

2. Какие способы беспламенного взрывания Вы знаете?

3. Какие источники газообразования используются в различных

средствах беспламенного взрывания?

3.7. Выбор типа ВВ и условий их рационального применения

Эффективность буровзрывных работ в значительной мере зависит

от правильного выбора ВВ для конкретных горно-геологических усло-

вий взрывания. Выбор типа ВВ должен производиться с учётом ряда

производственных, геологических, гидрогеологических, технических и

экономических факторов. При этом в первую очередь учитывают воз-

можность безопасного применения ВВ в конкретных условиях. Так, в

шахтах, опасных по газу и пыли, могут использоваться только предо-

хранительные ВВ, для механизированного заряжания – ВВ, не содер-

жащие нитроэфиров, тэна и гексогена.

Для взрывания в обводнённых условиях следует использовать во-

доустойчивые ВВ, выбираемые с учётом возможной продолжительно-

сти нахождения их в воде и характера движения грунтовых вод. Абсо-

лютной водоустойчивостью обладают гранулотол и алюмотол. Граммо-

нит 30/70 и акватолы на карбоксиметилцеллюлозе растворяются в воде,

поэтому их можно применять в малообводнённых и обводнённых сква-

жинах без проточной воды.

Физико-механические свойства горных пород, их минералогиче-

ский состав и строение определяют крепость и взрываемость горных

пород. Чем выше плотность породы, её твёрдость и вязкость, тем боль-

220

ше требуется энергии на её разрушение и перемещение. Для взрывания

крепких скальных пород используют высокобризантные ВВ типа алю-

мотола, аммонита скального № 1 и другие. Для взрывания слабых пород

на карьерах применяют гранулиты и игданиты. При проведении горных

выработок в крепких и весьма крепких породах используют ВВ с высо-

кой скоростью детонации (5,0…6,5 км/с). В породах средней крепости

применяют ВВ со скоростью детонации около 4 км/с. При проведении

выработок в слабых породах применяют низкобризантные ВВ.

Трещиноватость влияет на характер дробления массива горных

пород взрывом: чем больше трещиноватость, тем меньше сопротивле-

ние массива разрушению взрывом. Наличие зияющих трещин снижает

эффект взрыва из-за утечки взрывных газов.

При выборе ВВ учитывается диаметр скважин и шпуров. В любом

случае диаметр скважин и шпуров должен быть больше критического

диаметра ВВ. Например, гранулит С-2, имеющий критический диаметр

открытого заряда 120…150 мм, не детонирует в шпурах диаметром

36…40 мм. Для взрывания шпуров в крепких породах используют ам-

монит 6ЖВ, имеющий критический диаметр открытого заряда 12 мм.

После изучения горно-геологических и производственных усло-

вий выбор ВВ начинается с анализа их взрывчатых свойств, основными

элементами которых являются теплота взрыва, работоспособность, бри-

зантность, плотность, скорость детонации.

Весовая концентрация энергии ВВ характеризуется теплотой

взрыва. Произведение плотности ВВ на теплоту взрыва показывает объ-

ёмную концентрацию энергии ВВ в 1 дм

. Знание весовой и объёмной

концентрации энергии ВВ позволяет определить требуемый объём бу-

рения на 1 м

взрываемых пород для размещения выбранного ВВ в

шпурах или скважинах.

Затраты на бурение и взрывание составляют:

= C

/γ; (3.2)

ВВ

= qC

(3.3)

где C

– стоимость

бурения 1 м, руб; γ – выход горной массы с 1 м буре-

ния, м

; C

– стоимость 1 кг ВВ; q – удельный расход ВВ, кг/м

Для шпуровой отбойки

∑C = C

ВВ

+ C

= q

η 0,9

⎛⎞

⎜⎟

⎝⎠

е,

)3.4(