Промышленные взрывчатые вещества и средства взрывания для открытых горных работ. Расчет параметров скважинных зарядов

Разрушение массива горных пород взрывом зависит от множества факторов. Сложность заключается в том, что реальная среда – не является однородной.

Реальный массив разнороден по минеральному составу, стратиграфическому строению и трещиноватости. Это усложняет механизм разрушения действием взрывчатого вещества. Для достижения максимальной эффективности разрушения горных пород взрывом существует множество теорий и расчетов, но все они сводятся к выбору наиболее дешевого и работоспособного ВВ и определению оптимального его количества в той или иной категории пород.

Поэтому в условиях действующих предприятий, и особенно при проектировании карьеров и разрезов важно правильно оценить прочностные и структурные свойства горных пород.

Для удобства расчетов все горные породы разделены на классы и категории пород по трудности взрывания, а для каждого класса принят свой эталонный удельный расход ВВ как по взрываемости, так и для рыхления и выброса.

В качестве эталонного принят взрыв на дробление 1 кубического метра монолитной породы при наличии шести свободных поверхностей (свободно подвешенный куб) с расположением заряда эталонного ВВ (аммонита № 6ЖВ) в центре куба и степенью дробления породы равной двум.

Удельные расходы эталонных ВВ, кг/м³ и категории пород приведены в таблицах 8 и 9.

Классификация взрывов.

По своей природе взрывы делятся на физические, химические и ядерные.

При физических взрывах происходят преобразования без изменения химического состава взрывчатого вещества или смеси (беспламенное взрывание с помощью углекислоты и сжатого воздуха). Например взрывы паровых котлов, баллонов со сжиженным газом, электрические разряды и т.д.

При химических происходят чрезвычайно быстрые окислительные химические реакции с образованием новых соединений, выделением теплоты 3400 – 6000 Дж/кг и газов (взрывы ВВ, метана, угольной или другой органической пыли, паров горючих жидкостей).

При ядерных происходит цепная реакция деления атома с образованием новых элементов.

При взрывных работах в промышленности применяются в основном химические взрывы.

Классификация зарядов по результатам их действия подразделяется на три класса:

- заряд нормального действия n = r/w = 1,0;

- заряд усиленного действия n = r/w > 1,0;

- заряд уменьшенного действия n = r/w< 1,0,

где n - показатель действия взрыва; r – радиус воронки взрыва; w – линия наименьшего сопротивления.

Характеристика взрыва зарядов промышленных ВВ

Взрывчатыми веществами (ВВ) называют индивидуальные химические соединения или смеси веществ, которые обладают свойством быстрой химической реакции под воздействием инициирующего импульса, сопровождающейся образованием газообразных продуктов и крайне быстрым выделением теплоты.

Элементарный состав большинства ВВ и взрывчатых смесей представлен в основном углеродом, водородом, азотом и кислородом. Поэтому продукты взрыва таких взрывчатых веществ и смесей могут состоять из следующих газов: СО₂; СО; Н₂О; Н₂; N₂; NO; NO₂; O_2.

Существует три наиболее характерные формы превращения ВВ: термическое разложение, горение, детонация.

Термическое разложение происходит при нагреве ВВ ниже температуры вспышки.

Горение возникает при сильных местных нагревах ВВ выше температуры его вспышки(поджигании, разогреве трением и т. п.) и характеризуется медленным (от миллиметров до сантиметров в секунду) распространением по веществу зоны реакции (пламени0 в результате прогрева впереди лежащего ВВ.

Детонация – процесс взрывчатого превращения, вызываемый прохождением по взрывчатому веществу ударной волны, распространяющейся с постоянной для данного ВВ и данного его физического состояния сверхзвуковой скоростью.

К взрывчатым химическим соединениям, используемым в качестве ВВ, относятся ниросоединения (тротил и др.) нитроэфиры (нитроглицерин и др.) Вследствие высокой чувствительности и соответственно опасности производства индивидуальные химические соединения редко используют в качестве промышленных ВВ. На практике используют различные взрывчатые смеси: например граммонит 79/21 состоит из 79 % аммиачной селитры и 21 % тротила. Поэтому к промышленным ВВ используемых в горном деле относятся химические соединения и смеси, достаточно безопасные в обращении, эффективные в применении, технически и экономически доступные в изготовлении, не меняющие своих физических и химических свойств при хранении и применении.

По физическому состоянию промышленные ВВ подразделяются на порошкообразные, гранулированные, прессованные, литые, пластичные и льющиеся (подразумевается, те которые можно перекачивать насосами).

На открытых горных работах в зависимости от горно-геологических и других факторов используются различные ВВ, которые в настоящее время можно выбрать по справочной литературе. В таблице 10 приведен перечень некоторых ВВ, используемых на открытых горных работах. Следует иметь ввиду, что промышленные ВВ, допущенные Госгортехнадзором России, периодически обновляются. Некоторые ВВ снимаются с производства и применения, другие водятся.

В последние годы на базе теоретических и экспериментальных исследований сформировались новые прогрессивные направления. Это применение бестротиловых взрывчатых веществ, приготовляемых непосредственно на горных предприятиях как гранулированных (игданиты и гранулиты УП), так и водоустойчивых эмульсионных ВВ (акватолы, порэмиты, сибириты, эмульсолиты и др.); повышения КПД взрыва за счет перераспределения его энергии во времени и пространстве и управление степенью дробления горных пород, а также комплексной механизации взрывных работ.

Средства взрывания и способы инициирования.

Для того чтобы взрыв состоялся заряд ВВ необходимо инициировать. Совокупность принадлежностей для инициирования зарядов промышленных ВВ называют средствами взрывания или инициирования. К ним относятся капсюли детонаторы (КД), огнепроводный шнур, детонирующий шнур, электродетонаторы, приротехнические реле КЗДШ (короткозамедленное взрывание детонирующим шнуром) и РП – 8 промежуточные детонаторы (боевики, тротиловые шашки)взрывные машинки для электровзрывания и другие.

На открытых горных работах в основном роль инициатора, размещаемого в заряде промышленного ВВ, выполняет детонирующий шнур (ДШ), сердцевина которого изготовлена из мощного высокочувствительного ВВ (тэна). Для возбуждения взрыва один конец ДШ соединяется с капсюлем - детонатором или электродетонатором. Другой конец соединяется с промежуточным детонатором. Обычно это тротиловая шашка. Кроме этого используются пиротехнические замедлители (например РП – 8, КЗДШ).

На открытых горных работах используются три способа инициирования: огневое, электрическое и электроогневое.

Для огневого инициирования применяют капсюли - детонаторы, огнепроводный шнур (ОШ) и средства зажигания ОШ.

Для электрического инициирования используют электродетонаторы, соединительные провода, средства контроля целостности и сопротивления взрывной сети, источники тока для подрыва ЭД.

В электроогневом взрывании совмещены принципы огневого и электрического способа взрывания. Сущность его состоит в том, что в качестве средств взрывания применяют зажигательные трубки, но их поджигают электрическим способом из укрытия.

Более подробно взрывное дело изложено в специальной литературе, Например, в учебнике профессора А.Ф. Суханова и Б.Н. Кутузова.