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

Подождите немного. Документ загружается.

381

взрывным работам в скважинах и в соответствии с Едиными правилами

безопасности при взрывных работах.

С учётом проекта составляют заявки и заключают договора на

проведение ПВР, в котором указывают организацию работ, количест-

во персонала, оснащение, аппаратуру, оборудование, материалы и т. п.

Для выполнения ПВР создают специализированные отряды или

партии: грунтоносные, торпедированные и т. п. Для проведения работ

отряду или партии на основе заявки заказчика выдаётся технический

проект на ПВР, в соответствии с которым выдаются наряд-путевка на

получение и расход ВМ, необходимые аппараты, ВМ, приборы и другие

материалы. Отряд (партия) проводит и завершает ПВР на основе тех-

нического проекта и оформляет результаты работ соответствующими

документами.

Отказы могут произойти в результате несоблюдения технических

правил при выборе, подготовке, заряжании и сборке скважинных аппа-

ратов и приборов, подготовке и проведения ПВР в скважине, а также

при несоблюдении правил подготовки ствола скважины и буровой.

При ПВР наблюдаются следующие осложнения и некачественные

результаты: отказ аппаратов, неполноценный отстрел или взрыв аппа-

рата, непрохождение аппарата до заданной глубины, обрыв бойков

грунтоносов, обрыв аппарата, неисправность подъёмника и т. п. Отказы

при ПВР в основном происходят по причинам некачественных заряд-

ных комплексов, неисправности запальной цепи в аппарате, замыкания

ВВ и СИ, закупорки огнепроводных каналов, замыканий во взрывной

линии, недостаточного напряжения (импульса) зонального тока и др.

При ПВР также происходят такие аварии, как прихват аппарата, ка-

беля в месте отстрела или взрыва, а также при спуске или подъёме; обрыв

и оставление в скважине кабеля с аппаратом; открытое фонтанирование

скважины после отстрела или взрыва и т. п. В данных случаях процесс

ПВР, бурения или добычи прерывается на продолжительное время.

Ликвидация аварий в основном производится как методами и

средствами перфораторных и каротажных партий, так и методами и

средствами буровых и промысловых бригад. На каждую аварию состав-

ляется акт с указанием причин и мер ликвидации.

При ведении ПВР персонал должен хорошо знать и строго соблю-

дать правила обращения с взрывчатым материалом и прострелочно-

взрывной аппаратурой, а также быть ознакомлен с технической эксплуа-

тацией оборудования и требованиями по организации и проведению ПВР.

Ведение взрывных работ осуществляется строго в соответствии с

требованиями Единых правил безопасности при взрывных работах

(ЕПБ). Руководство взрывными работами возлагается на технического

руководителя предприятия или организации. К производству взрывных

работ допускаются лица, сдавшие экзамены квалификационной комис-

382

сии и имеющие Единую книжку взрывника. Особое внимание требуется

при обращении с ВМ и заряженными аппаратами. Нельзя по ним уда-

рять, бросать их, нагревать, разбирать взрывные патроны, заряды, аппа-

раты, их части и другие ВМ заводского изготовления. Строго запреща-

ется курить, применять открытый огонь ближе 100 м от места располо-

жения ВМ. Вокруг скважины следует устанавливать опасную зону ра-

диусом 50 м. Входить в эту зону лицам, не участвующим в работе, вос-

прещается. Радиус опасной зоны может быть сокращен до 20 м после

спуска аппарата на глубину до 50 м.

При производстве ПВР должны применяться ВВ и СИ, на которые

имеются ГОСты или утверждённые технические условия, а также жур-

нальные постановления Госгортехнадзора.

Все ВВ и СИ, хранящиеся на складах, должны периодически про-

ходить испытания в установленном порядке и при соблюдении сроков.

Отказавшие элементы зарядного комплекта (взрывчатые материа-

лы) следует уничтожать с соблюдением ЕПБ.

При производстве ПВР должны соблюдаться санитарные и гигие-

нические мероприятия, которые способствуют повышению работоспо-

собности и снижению профессиональных заболеваний.

Поскольку применяемые в скважине ВВ (гексоген, тротил и др.)

являются токсичными соединениями, они создают опасность для здоро-

вья работающих. Разнообразные выделения этих ВВ могут попадать че-

рез дыхательные органы в виде пыли и паров, при соприкосновении с

кожей, вместе с пищей. Во избежание отравления организма при работе с

ВВ следует применять индивидуальные средства защиты – респираторы.

В случае попадания ВВ на кожу необходимо смывать их холодной

водой, перед едой мыть руки с мылом. На всех этапах ПВР должны

строго соблюдаться меры пожарной безопасности ИТР и руководителя-

ми организаций. Руководители учреждений и организаций обязаны

обеспечить создание безопасных и безаварийных условий труда, устра-

нение причин производственного травматизма.

Контрольные вопросы

1. Из каких этапов состоит ПВР?

2. Каким требованиям должны отвечать скважинные аппараты?

3. Кто составляет и согласовывает проект ПВР?

4. Какие осложнения и аварии могут возникнуть при ведении ПВР?

383

ГЛАВА 11

ЯДЕРНЫЕ ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В бывшем СССР и в США проведён ряд экспериментальных ядер-

ных взрывов в промышленности. Они показали, что проведение ядерных

взрывов более экономично, чем проведение обычных химических ВВ при

разрушении значительных объёмов горной массы. Однако ядерные взры-

вы требуют применения чрезвычайных мер безопасности, обеспечиваю-

щих нераспространение радиоактивных продуктов. Это могут быть специ-

альные оболочки термоядерных зарядов, поглощающие потоки нейтронов;

специальные условия взрывания на такой глубине и в таких горно-

геологических условиях, при которых радиоактивные продукты распада

не достигают поверхности земли и не заражают поверхностные воды.

Есть перспективы применения таких взрывов при взрывных рабо-

тах на вспучивание, при тушении крупных пожаров на нефтегазопро-

мыслах, при использовании геотехнологических методов разработки ме-

сторождений – газификация, расплавление, растворение, выщелачивание,

возгонка; для вскрытия и массовой отбойки руд на крупных рудниках.

Каждый ядерный взрыв требует специального проектирования, учи-

тывающего физическое и механическое действие взрыва в окружающей

среде (плавление, дробление, трещинообразование, технологию размеще-

ния и доставки заряда, проведение подготовительных выработок, сейсми-

ческое и радиационное воздействие, экономичность взрывания и т. п.

Стоимость ядерного заряда возрастает менее интенсивно при увеличении

мощности заряда. Так, по данным США заряд мощностью 10 кг и диамет-

ром 350 мм стоит 350 тыс. долларов, а заряд 100 кг диаметром 450 мм –

500 тыс. долларов, т. е. при десятикратном увеличении мощности заряда

его стоимость увеличилась примерно в 1,6 раза.

11.1. Физическое и механическое действия ядерного взрыва

в горных породах

При ядерном взрыве в породе выделяются четыре фазы

(рис. 11.1). Первые две фазы действия взрыва аналогичны взрыву ядер-

ного заряда наружного действия. Основная часть энергии ударной

взрывной волны поглощается породой в зоне взрыва в виде тепловой и

384

механической энергии. Часть общей энергии (от долей процента до не-

скольких процентов) идет на сейсмические колебания.

В конце второй фазы (300 мкс) за ударной волной происходит

расширение газового пузыря, сопровождающееся падением температу-

ры, давления, дальнейшее расплавление породы. Сферическая полость

расширяется до тех пор, пока давление в ней не станет равным давле-

нию пород на данной глубине.

Рис. 11.1. Схема образования зон обрушения в различные промежутки

времени t:

а – t = 3 мкс; б – t = 200 мкс; в – t = 300 мкс; г – конечная конфигурация

При взрыве ядерного заряда мощностью 100 кг на глубине 800 м

от поверхности радиус полости достигает к этому моменту 50 м, причем

внутренняя поверхность полости покрыта слоем расплавленной породы

с температурой, которая равна тысячам градусов Цельсия.

Третья фаза начинается с момента выравнивания давления в по-

лости и длится от нескольких секунд до нескольких часов (в зависимо-

сти от свойств пород). Расплавленная порода стекает с кровли и стенок

полости вниз, унося с собой более 55…58 % радиоактивных изотопов,

скапливается в ее основании и затвердевает в виде стекловидного труд-

норастворимого материала. Трещины в кровле и стенках полости при

падении давления приводят к нарушению статического равновесия. По-

сле этого наступает четвертая фаза, во время которой происходит обру-

шение налегающих пород. Образованная полость является компенсаци-

онным пространством. Происходит обрушение породы до заполнения

компенсационного пространства.

Зона обрушения в плотных породах имеет форму вертикальной трубы.

385

Формирование трубообразной зоны обрушения может иногда

длиться до нескольких месяцев в зависимости от свойств пород. Коэф-

фициент разрыхления обрушенной породы составляет 1,3–1,35. В рых-

лых породах плотностью, близкой плотности обрушенного в полость

материала, эта зона может достигнуть поверхности, образуя на поверх-

ности провальную воронку.

При проектировании ядерных взрывов необходимо рассчитывать

радиус полости, высоту трубы разрушения, объем породы, раздроблен-

ной взрывом и заполняющей трубу обрушения, размеры зоны трещино-

ватости.

Параметры трубы разрушения зависят от мощности заряда, глу-

бины его заложения и свойств пород.

Радиус полости R

определяется по формуле

1/3

1/ 4

(ρ )

, (11.1)

где с – константа, зависящая от типа породы (для гранита с = 60, нано-

сов – 66, туфа – 78); ρ – плотность породы, кг/м

; h – мощность покры-

вающих пород, м;

h = W – H

– R

, (11.2)

где W – л.н.с.; H

– высота трубы обрушения:

тп

41ρ

3 ρ

−

= . (12.3)

Высоту трубы можно определить и по следующей формуле:

= kR

где k – коэффициент, зависящий от свойств пород (для доломита k = 3,2,

для туфа – 6,8).

Зона раздробленных пород R

= 1,4R

Зона трещиноватости R

= (3…4) R

В некоторых породах, таких как каменная соль, труба обрушения

не образуется.

Контрольные вопросы

1. Какие фазы ядерного взрыва в породах Вы знаете? Чем они ха-

рактеризуются?

2. Как рассчитываются зоны разрушения при ядерном взрыве?

3. Для каких целей могут применяться ядерные взрывы в промыш-

ленности?

4. Как обеспечивается безопасность проведения ядерных взрывов?

386

11.2. Ядерные взрывные работы при подземной разработке

полезных ископаемых

С максимальной эффективностью ядерные взрывы при подземной

отбойке руд могут применяться при системах разработки с массовым

обрушением. В этом случае образуется труба обрушения, которая будет

заполнена раздробленной рудой. Выпуск раздробленной руды из трубы

обрушения приводит к пополнению её запасов, так как происходит са-

мообрушение зоны интенсивной трещиноватости.

Элементы и параметры системы разработки выбирают на основе

конкретных горно-геологических условий и параметров механического

действия ядерного взрыва. Варианты технологических схем ядерных

взрывов могут быть различными: заряды располагают через определён-

ные расстояния, взрывают последовательно или разбивают рудное тело

на секции и в каждой секции устанавливают группу зарядов.

11.3. Вопросы безопасности проведения промышленных

ядерных взрывов

При проведении ядерных взрывов наибольшую опасность пред-

ставляют следующие факторы: радиоактивное заражение атмосферы,

наземных и подземных вод, интенсивные сейсмические колебания, воз-

душная ударная волна и др.

Радиоактивность возникает в результате деления тяжёлых ядер, об-

разующих радиоактивные изотопы, и реакции синтеза легких ядер, произ-

водящей

Н и

Ве. Взаимодействие нейтронов, образующихся при взрыве,

с материалом ядерного устройства создает наведенную активность с обра-

зованием

203

Рb,

Fе,

Fе, а при взаимодействии с породами –

Nа.

Максимальная доза облучения человека в СНГ равна 100 мР в не-

делю или 2,8 мР/ч. В США установлены другие нормы. По этим нормам

каждый человек не должен получить в течение года дозу сверх допус-

тимого предела.

Для снижения уровня радиации применяются так называемые

«чистые» ядерные устройства, в которых на 95…99% используется ре-

акция синтеза (термоядерные реакции) и только на 1…5% – реакции де-

ления. В качестве оболочек ядерных зарядов целесообразно использо-

вать материалы, содержащие нейтронные отражатели, для поглощения

выделяющихся при ядерном взрыве нейтронов. При взрывах в карбо-

натных породах рекомендуется поверхность зарядной камеры футеро-

вать кварцевым песком для улавливания радиоактивных продуктов де-

ления стекловидным расплавом.

387

Большое значение имеет фактор времени, позволяющий естест-

венным путём уменьшить степень радиоактивности.

Заряды необходимо закладывать на глубине, обеспечивающей

максимально возможное захоронение радиоактивных продуктов под

землей при данных условиях полезной работы взрыва. Многие специа-

листы считают, что заражение атмосферы радиоактивными частицами

от подземных взрывов незначительно.

Сейсмическое действие ядерного взрыва во многом определяет

возможность проведения и эффективность использования подземных

ядерных взрывов в уже освоенных промышленных районах. Интенсив-

ность сейсмических волн при ядерном взрыве зависит от мощности за-

ряда, горно-геологических условий района и расстояния.

Контрольные вопросы

1. Какие опасные факторы вытекают при взрыве ядерного заряда?

2. Что применяется для поглощения нейтронов при ядерном взрыве?

388

ГЛАВА 12

ОХРАНА ПРИРОДЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

12.1. Влияние разработки месторождений на окружающую среду

При разработке месторождений, как и при горно-разведочных ра-

ботах, нарушается естественное состояние атмосферы, гидросферы,

земной поверхности и недр, однако масштабы этих нарушений и их

влияние на окружающую среду более значительны.

Структурная схема изменений в окружающей среде при разработ-

ке месторождений полезных ископаемых представлена на рис. 12.1.

Отметив, что в приведенную схему не включены изменения со-

стояния недр в связи с появлением в них подземных полостей и истоще-

нием запасов полезных ископаемых, рассмотрим воздействие процесса

разработки на воздушную и водную сферы, а также земную поверхность.

12.1.1. Загрязнение атмосферы

При подземной разработке месторождений рудничный воздух яв-

ляется основным загрязнителем атмосферы.

Рис. 12.1. Структурная схема изменений в окружающей среде

при разработке полезных ископаемых

Разработка месторождений

Подземная

Открытая

Загрязнение

атмосферы

газообраз-

ными про-

дуктами и

минеральной

пылью

Загрязне-

ние по-

верхност-

ных водо-

емов сточ-

ными во-

дами

Деформация

подработан-

ной земной

поверхности

Нарушение

земной

поверхности

породными

отвалами

Нарушение

земной по-

верхности

горными

выработками

Изменение

режимов

поверхно-

стных и

подземных

вод

389

В рудничном воздухе, выдаваемом на поверхность, главными за-

грязняющими атмосферу веществами являются газообразные продукты:

метан, углекислый газ, оксид углерода, сероводород, оксиды азота. Ме-

роприятия, осуществляемые в горных выработках по обеспыливанию

производственных процессов, снижают содержание минеральной пыли

в рудничном воздухе, поэтому значительные поступления ее в атмосфе-

ру наблюдаются преимущественно только после производства массовых

взрывов или в аварийных ситуациях.

Практически непрерывная в процессе разработки месторождений

выдача на поверхность большого количества (особенно из газообильных

шахт) рудничного воздуха приводит к локальным загрязнениям атмосферы.

При открытой разработке угольных, рудных и нерудных месторож-

дений с территорий карьеров и внешних отвалов поступают газообраз-

ные загрязнители и минеральная пыль, которые в одних случаях явля-

ются результатом газовыделений и эрозионных процессов, интенсифи-

цирующихся в нарушаемых породных массивах, в других – следствием

выполнения различных производственных процессов.

Значительное количество газопылевых загрязнителей поступает в

атмосферу при производстве массовых взрывов, эксплуатации транс-

портных и технологических машин с двигателями внутреннего сгора-

ния и вследствие пылеобразования при погрузочно-разгрузочных опе-

рациях и транспортировании (особенно автомобильном) пород.

При этом загазованность и запыленность воздуха достигают кри-

тических значений, и при неблагоприятных климатических условиях,

вследствие образования карьерного смога в глубоких разрезах, прихо-

дится временно прекращать все работы.

Источником газопылевого загрязнения атмосферы являются по-

родные отвалы (особенно терриконы).

12.1.2. Загрязнение и изменение режимов поверхностных

и подземных

вод

Загрязнение поверхностных водоёмов происходит в основном в

результате сброса в них сточных вод рудников и карьеров, второстепен-

ным источником загрязнения является сток вод (атмосферных осадков)

с поверхности породных отвалов. Следует отметить также значительное

загрязнение водной среды стоками обогатительных фабрик.

Выделяют две составные части сточных вод рудников и карьеров:

технологические и сопутствующие.

Технологическими называют воды, используемые в процессе гор-

ных работ для увлажнения, перемещения и разрушения пород, со-

путствующими – воды, попадающие в горные выработки из окружаю-

щих пород или с поверхности.

390

Количество технологической воды в сточных водах рудников и

карьеров обычно невелико, исключением являются геотехнологические

способы разработки месторождений, а также дражная и гидравлическая

разработки россыпей.

Количество сопутствующих вод зависит от обводненности пород и

климатических условий. Технологические воды загрязняются мелкодис-

персными минеральными частицами и химическими растворами при бу-

рении шпуров и скважин, пылеподавлении и пылезащите. Сопутствующие

воды часто характеризуются высокой минерализацией и кислотностью.

В районах строящихся горных предприятий и разрабатываемых

(особенно открытым способом) месторождений значительное влияние

на режимы поверхностных и подземных вод оказывают осушительные,

дренажные и водоотливные работы. Это изменение режимов приводит к

истощению запасов подземных вод, образованию обширных депресси-

онных воронок, понижению уровня грунтовых вод, увеличению речных

стоков. Подчёркивая значимость этих изменений, отметим, что, напри-

мер, из дренажных систем и карьеров КМА выдают на поверхность

многие тысячи кубометров сопутствующих вод в час.

Нарушение земной поверхности. Размещение на земельных от-

водах породных отвалов, расположение на земной поверхности карье-

ров и траншей, проседание поверхности вследствие обрушения пород в

полости выработанного пространства приводят к изменению естествен-

ных ландшафтов и снижению площадей продуктивных земель в рай-

онах разработки месторождений.

При подземной разработке месторождений распространены тер-

риконы и хребтовые отвалы, при открытой – внешние отвалы, располо-

женные за пределами контура карьерного поля.

Под внешние отвалы вскрышных работ отводят обширные терри-

тории, нередко в несколько раз превышающие площадь поверхности,

нарушаемую непосредственно карьером.

Характер деформации подрабатываемой земной поверхности и

изменение естественных экологических систем нарушаемых ландшаф-

тов зависят в основном от условий залегания полезных ископаемых,

разрабатываемых подземным способом. При этом определяющими фак-

торами являются размеры месторождений, мощность, угол падения и

глубина залегания полезных ископаемых. Из технических факторов,

влияющих на деформацию земной поверхности, отметим системы раз-

работки и способы поддержания выработанного пространства. В ре-

зультате деформации земной поверхности на ней образуются мульдо-

каньоно- и воронкообразные впадины различных глубин и площадей.