Краткая история развития взрывных работ

Развитие взрывных работ (взрывного дела) происходило в сле­дующих основных направлениях:

создание промышленных ВВ и средств их инициирования;

создание средств бурения шпуров и скважин;

составление классификаций горных пород для оценки их со­противляемости разрушению при бурении и взрывании;

разработка теорий детонации промышленных ВВ и разруше­ния горных пород при их бурении и взрывании.

Первым известным человечеству взрывчатым веществом был черный порох, который использовали вначале для огнестрель­ного оружия и для разрушения военных укреплений.

Применение пороха в России в созидательных целях началось в середине XVI в. для подрывания на реках скал и камней, ме­шавших судоходству.

Для подрыва крепостных стен подземными зарядами черный порох впервые применен при осаде Будапешта (1489 г.) и Ка­зани (1552 г.).

В горном деле черный порох для заряжания шпуров применен впервые в 1627 г. в Германии при проведении штольни.

Бурное развитие промышленности во второй половине XIX в. привело к созданию и производству новых мощных ВВ и СИ. Вот некоторые основные даты: в 1799 г. А. А. Мусин-Пушкин опубликовал один из первых трудов по технологии изготовле­ния ВВ, в 1812 г. в России П. Л. Шилинг впервые применил электрический воспламенитель для зарывания пороховых зарядов;

в 1831 г. в Англии Бикфорд изобрел огнепроводный шнур; в 1846 г. в Италии А. Собреро получил тринитроглицерин. В 1853 г. в России Н. Н. Зининым и В. Ф. Петрушевским было предложено ВВ на основе тринитроглицерина, аналогичное по составу динамитам.

Шведский инженер А. Нобель в 1866 г. запатентовал и начал выпускать динамиты на основе тринитроглицерина с добавками 25 % кизельгура (инфузорной земли). В 1867 г. Нобель запатен­товал детонатор (в виде заряда гремучей ртути) под названием «запал Нобеля». В 1867 г. шведскими химиками И. Ольсеном и И. Норбином были предложены ВВ на основе аммиачной селитры, получившие в дальнейшем название аммонитов. Однако Нобель купил этот патент и более чем на 20 лет задержал внедрение этих ВВ в промышленность.

В 1885 г. в качестве ВВ начали использовать пикриновую кислоту, которую до этого много лет использовали как желтый краситель для тканей. С 1887 г. начали применять тетрил, кото­рый с 1906 г. является основным вторичным инициирующим ВВ для изготовления капсюлей-детонаторов и электродетонаторов. Детонирующий шнур для инициирования зарядов ВВ был изобретен в 1879 г.

С 1891 г. начали применять тротил, полученный в 1863 г. Это ВВ было основным для снаряжения боеприпасов в первой мировой и Великой Отечественной войнах. Применяется как ос­новной компонент в аммонитах, как самостоятельное ВВ в грану­лированном виде (гранулотол). Наиболее мощные ВВ гексоген и ТЭН были получены в конце XIX в. ТЭН применяется для из­готовления капсюлей-детонаторов с начала XX.в., а с 1930 г. — для изготовления детонирующего шнура. Гексоген как ВВ при­меняется с 1920 г. Область применения этих ВВ расширяется. С 30-х годов в нашей стране происходит постепенная замена ни­троглицериновых динамитов на более безопасные ВВ на основе аммиачной селитры:

аммониты (смесь тротила, селитры и горючего) и динамоны (смесь селитры и горючего). Эти ВВ к концу 50-х годов стали ос­новными для карьеров.

Большая заслуга в разработке аммонитов и динамонов при­надлежит канд. техн. наук В. А. Ассонову. Динамоны, извест­ные с 30-х годов, особенно широко применялись в период Вели­кой Отечественной войны, когда страна испытывала недостаток в других ВВ. С 1953 г. динамоны не применяются из-за расслаиваемости заряда в скважине при заряжании. К применению про­стейших ВВ, не содержащих тротил, отечественная промышлен­ность приступила снова в конце 50-х годов на основе работ акад. Н. В, Мельникова, проф. Г. П. Демидюка и других специалистов, исследовавших взрывчатые свойства смеси 94 % гранулирован­ной аммиачной селитры и 6% солярового масла, получивших название игданиты.

С середины 50-х годов начата разработка группы аммиачно-селитренных ВВ заводского изготовления: мощных скальных аммонитов с добавками гексогена, гранулитов и граммонитов на основе гранулированной аммиачной селитры, грубодисперсных водосодержащих и горячельющихся ВВ. Пониженная по сравнению с порошкообразными чувствительность гранулированных ВВ, хорошая сыпучесть и малое пыление при заряжании позволили успешно решать задачи механизации взрывных работ на карьерах и рудниках. Для инициирования зарядов ВВ пониженной чувствительности были созданы промежуточные детонаторы в виде прессованных или литых цилиндрических шашек из тро­тила и гексогена. Для взрывания обводненных массивов применяют гранулированные тротил (гранулотол) и алюмотол. Разработаны и широко используются пиротехнические замедлители типа КЗДШ для короткозамедленного взрывания с по­мощью ДШ.

В XIX в для размещения зарядов на карьерах осуществлялось малопроизводительное бурение шпуров бурильными молотками. С 20-х годов XX в. СССР начинает внедряться ударно-канатное бурение скважин диаметром 150 мм, а затем до 300 мм. Этот способ бурения был основным до начала 60-х годов. В 50-х годах на угольных разрезах по мягким породам начинают успешно Применять станки вращательного шнекового бурения, а с 60-х годов — станки для бурения скважин диаметром 150—300 мм шарошечными долотами. Одновременно велись испытания станков с погружными пневмоударниками для бурения скважин диа­метром 105—160 мм, станки огневого бурения, а затем более эф­фективного огневого расширения скважин, пробуренных шаро­шечными станками до диаметра 400—500 мм.

В настоящее время на карьерах до 80 % объемов буровых работ выполняется шарошечными станками, а остальной объем — станками шнекового и пневмоударного бурения.

В середине XIX в. создана первая классификация горных по­род рудников Колывано-Воскресенских заводов по трудоемкости их добычи (добываемости).

Проф. М. М. Протодьяконов в 1911 г. опубликовал первую научно обоснованную классификацию горных пород по крепости, до настоящего времени широко применяемую в горной промышленности.

В 40—50-х годах проф. А. Ф. Сухановым разработаны мето­дические основы и созданы единые классификации горных пород по буримости и взрываемости, которые явились методической основой для составления таких классификаций для отдельных пред­приятий и бассейнов с целью нормирования этих видов работ.

На основе базовых свойств горных пород акад. В. В. Ржевский разработал фундаментальные основы составления и создал классификации горных пород по трудности их разрушения при бурении и взрывании.

Эти работы позволили, исходя из свойств пород, рассчиты­вать рациональные режимы бурения, параметры взрывания, за­траты на погрузку и переработку полезных ископаемых и являются дальнейшим развитием работ в области классификации пород.

Расчетные методы при взрывании широко применялись фран­цузскими военными инженерами в минно-подрывном деле с XVII в. В дальнейшем формулы, выведенные для условий взры­вания грунтов, стали применять в горном деле.

М. В. Ломоносов в 1749 г. впервые дал физическое объясне­ние явления взрыва и его действия на окружающую среду. В 1871 г. М. М. Боресков на основе работ М. М. Фролова предло­жил формулу для расчета зарядов на выброс, которой широко пользуются до настоящего времени.

Особенно крупные успехи в развитии теории и практики взрыв­ных работ достигнуты после Великой Октябрьской социалисти­ческой революции. Советские ученые академики Н. Н. Семенов, Я. Б. Зельдович, Ю. Б. Харитон, М. А. Садовский, М. А. Лав­рентьев, Н. В. Мельников, чл.-корр. АН СССР Л. Я. Компанеец и другие выполнили цикл фундаментальных работ, по опи­санию сущности детонации зарядов ВВ, действию взрыва в не­посредственной близости от заряда и на разных расстояниях от него. Большой вклад в анализ физических явлений, связанных с действием взрыва на горную породу, а также в создание мето­дов расчета зарядов для различных условий сделали д-ра техн. наук А. Ф. Беляев, Ф. А. Баум, Б. М. Шехтер, К. К. Андреев, Г. П. Демидюк, М. М. Докучаев и др.

Интересные работы по моделированию действия взрыва мето­дами электрогидродинамических аналогий (ЭГДА) выполнены проф. О. Е. Власовым.

Фундаментальные исследования механизма разрушения гор­ных пород взрывом проведены проф. Г. И. Покровским и развиты в трудах профессоров А. Н. Ханукаева, В. Н. Мосинца, Ф. И. Ку­черявого, М. Ф. Друкованного, чл.-корр. АН УССР Э. И. Еф­ремова и др.

С 1952 г. на карьерах СССР начинает внедряться короткозамедленное взрывание, что позволило обеспечить переход от одно­рядного к многорядному взрыванию, существенно увеличить масштабы взрывов и улучшить степень дробления пород.

Проводятся систематические исследования по разработке мето­дов регулирования степени дробления горных пород взрывом на карьерах. Изучается изменение степени дробления различных по трещиноватости и крепости горных пород в зависимости от диа­метра заряда, расхода и типа ВВ, сетки расположения и кон­струкции зарядов, интервала и схемы замедления, точки иниции­рования и т. д. Эти работы являются научно-инженерной основой для расчета и проведения взрывов с получением заданной круп­ности дробления массива.

Приоритетные работы по развитию и совершенствованию взры­вов на выброс проводят специалисты треста Союзвзрывпром. Так, в 1952—1953 гг. взрывами трех серий зарядов на выброс на Алтын-Топканском полиметаллическом месторождении при ЛНС отдельных зарядов, превышающих 50 м, и массе зарядов до 1600 т было взорвано и выброшено более 1 млн. м³ горной по­роды. За счет этого срок ввода карьера в строй сократился на 16 мес., а себестоимость вскрытия снижена на 40 %.

Широко используются взрывы на выброс и сброс для переме­щения больших масс грунта при строительстве плотин, насыпей и т. п.

В 1966 и 1967 гг. под Алма-Атой на р. Малая Алмаатинка в ущелье Медео были проведены два взрыва серий зарядов для создания противоселевой плотины. Общая масса зарядов первого взрыва правого берега 5290 т при ЛНС основного заряда 85 м, а второго левобережного взрыва 3946 т при ЛНС, равной 46 м. В результате взрывов разрушено и сброшено в тело плотины около 3 млн. м³ скальных пород (1,6 млн. м³ первым и 1,4 млн. м³ вто­рым) и была образована плотина средней высотой 84 м, шириной поверху около 100 м и понизу около 500 м. Эта плотина в 1973 г. задержала селевой поток огромной мощности (5 млн. м³) и спасла г. Алма-Ату от катастрофических разрушений.

В 1968 г. на р. Вахш взрывом на сброс серий зарядов общей величиной 2000 т образована каменно-набросная плотина. Объем плотины оказался около 1,5 млн. м³.

Большие объемы грунтов были выброшены взрывами на выб­рос при строительстве Аму-Бухарского канала и других мелио­ративных сооружений в Средней Азии.

В разработке научно-инженерных основ применения крупных взрывов на выброс и сброс советские ученые занимают ведущее место в мире.

Последние 15—20 лет развиваются новые направления исполь­зования энергии взрыва ВВ в народном хозяйстве для взрыв­ного упрочнения поверхностного слоя металлических конструк­ций (стрелочных переводов, зубьев ковшей экскаваторов, брони дробилок, и т. д.) с использованием ВВ для сварки и резки метал­лических конструкций и труб с использованием детонирующих шпуров в металлической оболочке с продольной кумулятивной выемкой, получения новых материалов.

Области применения энергии взрыва ВВ непрерывно увеличи­ваются, а объемы потребления в народном хозяйстве промышлен­ных ВВ и СИ растут.