7.2. Буровые и взрывные работы. Техника безопасности

Буровые работы. При строительстве дорог в горных условиях для создания полувыемок или выемок взрывным способом предварительно производят буровые работы. Бурением создают взрывные выработки (рис. 7.1) для размещения заряда взрывчатых веществ (ВВ) внутри взрываемой среды. ВВ - химические соединения или механические смеси, которые под действием внешнего импульса (нагревание, удар, искры огня) способны взрываться.

Рис. 7.1. Взрывные выработки:

1 - рукав; 2 - шурф; 3 - котловая скважина; 4 - скважины; 5 - шпур; 6 - зарядные камеры; 7 - рассечка; 8 - штольня

Взрывные выработки подразделяют на шпуры, скважины, котловые шпуры и скважины, рукава, зарядные камеры. Вспомогательными выработками являются вертикальные шурфы сечением 1,0×1,2 м и горизонтальные штольни и рассечки сечением 1,0×1,6 м. Шпуры и скважины бывают вертикальные, наклонные и горизонтальные.

Процесс бурения состоит в разрушении породы и удалении буровой крошки из шпура или скважины. Наиболее распространенными разновидностями механического способа бурения являются шарошечный, пневмоударный и перфораторный. При шарошечном бурении разрушения породы достигают за счет ее окола зубцами конусообразной шарошки, перекатывающейся вокруг оси шарошечного долота под действием приложенного к нему осевого давления.

При ударно-шарошечном бурении над шарошечным долотом устанавливают пневмоударник, который наносит удары по долоту с частотой 1000-2000 в минуту, увеличивая в 1,3-1,6 раза скорость бурения по сравнению с обычным шарошечным. Перфоратор разрушает породу главным образом за счет удара, энергия которого определяется скоростью движения поршня. Число ударов достигает 1500-3000 в минуту. При разрушении породы вращательное движение бура играет второстепенную роль. Буровую мелочь (муку) из скважин и шпуров удаляют промывкой водой или продувкой сжатым воздухом.

Основной на буровых работах является машина шарошечного бурения на базе гусеничного трактора, которая бурит скважины на глубину до 30 м диаметром до 140-150 мм в скальных грунтах, а в нескальных - до 350 мм. Производительность бурения в смену в некрепких скальных породах 40-80 м, в крепких скальных 15-25 м, в нескальных - 120 м. В стесненных условиях применяют станки пневмоударного бурения, позволяющие бурить вертикальные и наклонные скважины диаметром 105 мм. Производительность бурения 15-35 м/смену в зависимости от крепости породы. Глубина бурения до 25-35 м.

Шпуры бурят пневматическими бурильными молотками (перфораторами), работающими с компрессорной станцией производительностью 10 м³/мин. Буровые работы начинают с прокладки тропы и полки. Для обработки откосов, устранения нависей и заколов применяют откосные скважины.

Взрывные работы. Взрыв - быстрое самораспространяющееся химическое превращение ВВ в сильно нагретые (2000-4000 ºС) газы, которые, мгновенно расширяясь, производят работу разрушения, метания и сотрясения.

Различают инициирующие, бризантные и метательные ВВ.

Инициирующие ВВ - гремучая ртуть, азид свинца, тринитрорезерцинат свинца (ТНРС) - обладают самой высокой чувствительностью к внешним воздействиям. Они взрываются от небольшого пламени, удара или трения с большой скоростью и вызывают инициирование (возбуждение взрыва) зарядов других ВВ. Их применяют в изготавливаемых на заводах капсюлях-детонаторах и электродетонаторах, с которыми необходимо обращаться осторожно.

Бризантные ВВ (дробящие) производят работу разрушения, дробления. В обычных условиях они не взрываются от удара, трения и действия огня, вследствие чего удобны для ведения взрывных работ. Самое широкое применение находят аммиачно-селитровые ВВ (аммониты, аммоналы, динамоны, игданиты, гранулиты и зерногранулиты), так как они наиболее безопасны, имеют достаточную мощность и невысокую стоимость. Основной недостаток этих ВВ - гигроскопичность. Однако выпускают специальные сорта гидрофобных аммонитов. Аммониты применяют в порошкообразном и прессованном виде. Например, скальные аммониты в виде прессованных шашек и патронов имеют высокую водоустойчивость. Находят применение и нитросоединения. Тол, его сплавы с гексогеном, 62 %-ный динамит применяют для ведения взрывных работ. Тетрил применяют в детонаторах, а также в шашках в качестве боевиков, тэн - в детонаторах и детонирующем шнуре, гексоген находит применение как составная часть скальных аммонитов и в детонаторах.

Из метательных ВВ (дымный и бездымный порох) при взрывных работах находит применение черный (дымный) порох, составляющий сердцевину огнепроводного шнура. Основная форма превращения пороха в газообразные вещества - взрывчатое горение.

Применяют следующие способы взрывания: огневой, детонирующим шнуром, электрический и электроогневой. В стадии освоения находится способ электрогидравлического взрывания.

Огневой способ применяют для взрывания одиночных зарядов для ограниченного числа разновременно взрываемых зарядов в данной группе, когда взрыв одного из них не может повредить другой заряд.

Средствами взрывания (СВ) служат капсюли-детонаторы в бумажной (рис. 7.2, а) или металлической гильзе (рис. 7.2, б) и огнепроводный шнур (ОШ), служащий для возбуждения взрыва капсюлей-детонаторов. Огнепроводный шнур состоит из сердцевины и нитяных оплеток, покрытых или пропитанных водонепроницаемыми составами. Скорость горения огнепроводного шнура на воздухе примерно равна 1 см/с. Поджигание огнепроводного шнура, срезанного по косой линии, производят тлеющим фитилем или спичкой подрывника, которая не гаснет от ветра.

Взрыв каждого заряда происходит от зажигательной трубки (рис. 7.2, е), представляющей отрезок огнепроводного шнура (не менее 1 м) с закрепленным на одном его конце капсюлем-детонатором, который располагают в заряде или боевике заряда. Если в капсюль-детонатор может попасть вода, место соединения его с ОШ покрывают изоляционной лентой.

Огневому способу взрывания присущи существенные недостатки: пониженные безопасность работ и эффективность использования ВВ при взрыве нескольких зарядов; применение ручного труда. Однако огневой способ взрывания находит применение в связи с его простотой.

Электрический способ взрывания применяют для одновременного взрыва нескольких зарядов или для производства взрыва в точно установленное время. Этот способ более безопасен, но требует довольно сложного оборудования. Для осуществления электрического способа взрывания необходимы электродетонаторы, провода, источники тока, проверочные и измерительные электроприборы.

Электродетонаторы представлены на рис. 7.2 в, г, д. Показанный на рис. 7.2 в, электродетонатор (ЭД) - мгновенного действия, поскольку огонь от воспламенительной головки 8, которая загорается от мостика накаливания 12, непосредственно соприкасается с инициирующим ВВ - гремучей ртутью, помещенной в чашечку 2. На рис. 7.2 г, д показаны электродетонаторы замедленного действия (ЭДЗД) с интервалом замедления от 2 до 50 мс. В тех случаях, когда электровзрывание недопустимо (например, имеются блуждающие токи), для короткозамедленного взрывания применяют детонирующий шнур и пиротехническое реле (рис. 7.2, з). При электроогневом способе взрывания применяют электрозажигательные трубки (рис. 7.2, ж).

Наиболее удобными и распространенными источниками тока являются конденсаторные подрывные машинки. Они удобны при переноске, просты и надежны в эксплуатации. Так, с помощью подрывной машинки КПМ-1 можно взорвать до 100 шт. последовательно соединенных в сеть ЭД при общем сопротивлении сети 350 Ом, параллельно соединенных ЭД до 5 шт. при общем сопротивлении сети 25 Ом. Напряжение на зажимах машинки 150 В.

Электровзрывной сетью называют электродетонаторы и провода, соединяющие их между собой и с источником тока. Применяют сети последовательные, параллельные и смешанные. Электровзрывные сети всегда должны быть двухпроводными. При ответственных взрывах электровзрывную сеть дополнительно дублируют сетью из детонирующего шнура.

Взрывание зарядов ВВ детонирующим шнуром (или бескапсюльное взрывание) осуществляют взрывом введенного в заряд боевика отрезка детонирующего шнура (ДШ), оканчивающегося узлом. Взрывание ДШ производят капсюлем-детонатором зажигательной трубки или электродетонатором, который плотно с ним соединяется. ДШ взрывается со скоростью 6500 м/с. В настоящее время взрывание детонирующим шнуром получило широкое распространение в силу того, что значительно уменьшается опасность работ из-за отсутствия детонатора в заряде, упрощаются работы по подготовке к взрыву, более полно взрываются удлиненные заряды, так как ДШ пропускается через весь заряд, возникает возможность ведения взрывов в увлажненных местах без дополнительных работ по изоляции ДШ.

Рис. 7.2. Средства взрывания:

1 - гильза; 2 - чашечка; 3 - гремучая ртуть; 4-дополнительный заряд тетрила; 5-тетрил; 6 - тетрил, тен или гексоген; 7- тен, тетрил; 8 - воспламенительная головка; 9 - концевики; 10 - пластиковая пробка; 11 - вилочка; 12 - мостик накаливания; 13 - электровоспламенитель; 14 - замедляющий состав; 15 - азид свинца; 16 - отрезок огнепроводного шнура; 17 - сердцевина шнура; 18 - косой срез шнура (для улучшения условий поджигания); 14 - капсюль-детонатор; 20 - зажигательный узел; 21 - промежуточный воспламенитель; 22 - медная гильза; 23 - отверстие в гильзе, заклеенное полоской бумаги; 24 - детонирующий шнур; 25 - алюминиевые колпачки; 26 - жесткая бумажная трубка

Детонирующий шнур предназначен для возбуждения взрыва заряда или серии зарядов ВВ без размещения в них детонаторов. Он находит также применение при дублировании взрывов зарядов, соединенных в электрическую цепь, ДШ водоустойчив, его сердцевина состоит из ВВ (тэна). Сердцевина покрыта нитяными оплетками, пропитанными или покрытыми водостойкими составами. Цвет шнура обязательно красный или белый с красной ниткой. Скважины каждого уступа объединяют ДШ в порядные схемы многорядного короткозамедленного взрывания (рис. 7.3). Взрывание ведут бескапсюльным способом как короткозамедленное с помощью пиротехнического реле.

Электроогневой способ взрывания состоит в инициировании каждого заряда зажигательной трубкой с воспламенением огнепроводного шнура средствами, действующими от электрического тока. Этим способом взрывают с безопасного места, и появляется возможность взрывания зарядов с определенными интервалами замедления.

Рис. 7.3. Порядная схема многорядного короткозамедленного взрывания при помощи ДШ:

1 - электродетонатор; 2 - пиротехнические замедлители КЗДШ-62-2; 3 - детонирующий шнур

Электрогидравлическое взрывание происходит без разлета породы, то есть полностью безопасно.

Взрывание вне зависимости от способа состоит из подготовки к взрыву, изготовления патронов-боевиков, заряжания, забойки и взрыва. Подготовка к взрыву включает буровые работы, оформление исполнительной документации. Патроны-боевики (детонирующие патроны) изготовляют в специально отведенном месте или помещении, расположенном не ближе 50 м от места заряжания. Патроном-боевиком называют упакованное ВВ с введенным в него детонатором или собранным в узел ДШ. Детонатор необходимо надежно закрепить, чтобы исключить возможность его выдергивания при последующем заряжании и забойке заряда ВВ. Опускать боевики в скважину или шпур нужно с помощью специальных устройств без передачи усилия на огнепроводный шнур, ДШ или электрические провода. С боевиками следует обращаться особенно осторожно.

При взрывании ВВ, имеющих пониженную детонационную способность (например, гранулиты и зеррогранулиты), применяют промежуточные детонаторы в виде шашек тротила, тротила-тетрила или скального аммонита. Для заряжания взрывчатыми веществами шпуров и скважин применяют различные средства механизации. Так, для заряжания скважин ВВ применяют машины, обладающие производительностью до 4000 кг ВВ в час. Качество заряжения и безопасность работ при этом существенно возрастают.

Достижения науки и практики взрывных работ позволяют повышать работу взрыва и управлять его действием, применяя короткозамедленное, контурное, направленное взрывание, взрывание скважинных зарядов, разделенных воздушными промежутками.

Короткозамедленное взрывание состоит в том, что группы зарядов или отдельные заряды взрывают поочередно через промежутки, измеряемые сотыми и тысячными долями секунды. Интервал замедления для производства пробных взрывов, по результатам которых этот интервал уточняют,

t_к = K_вh, где (7.1)

К_в - коэффициент, меняющийся от 3 для весьма крепких пород до 6 для наиболее мягких пород,

h - линия наименьшего сопротивления по подошве уступа, м.

Короткозамедленное взрывание имеет следующие преимущества: улучшается дробление породы, что повышает производительность землеройной техники и сокращает расход ВВ, уменьшаются заколы, снижается сейсмическое действие взрыва вследствие возможности взрывания при интервале замедления, равном половине периода сейсмических волн, уменьшается объем бурения и возникает возможность руководить направлением и формой развала породы. Например, можно так развалить породу, что она сосредоточится в местах работы экскаватора, то есть будет обеспечена необходимая высота забоя и останутся свободные от породы площадки, удобные для разделки негабаритов. Возможно дальнейшее взрывание породы без предварительной экскавации ранее взорванной, что приводит к независимой работе экскаваторов от буровзрывных работ. Особенно эффективно применять этот способ взрывания при образовании выемок, полувыемок и траншей, где достигается экономия буровых работ и ВВ на 15-20 % при одновременном снижении количества негабаритов с 20-30 до 4-5 %.

Контурное взрывание обеспечивает сохранение неразрушенными и строго соответствующими проектным заложениям откосов выемок, полувыемок и траншей. Проектный контур выработки сохраняется за счет размещения по его очертанию холостых скважин (шпуров), скважин с небольшими зарядами ВВ или за счет предварительного образования щели. Повышенный объем буровых работ составляет малую долю экономии получаемой за счет уменьшения скально-экскавационных и подборочных работ.

Направленное взрывание представляет односторонний (направленный) взрыв с перемещением породы на расчетное расстояние и достигается равномерным взрывом рядов зарядов с замедлением. Выброс в нужном направлении достигает 80 % общего объема взорванной породы.

Расстояние между зарядами принимают в этом случае

где (7.2)

h_ср - средняя длина линий наименьшего сопротивления первого и второго рядов зарядов, м;

n₁ - показатель действия взрыва зарядов первого ряда (ближнего к основному направлению перемещения породы);

n₂ - показатель действия взрыва второго ряда.

Величины n₁ и n₂ назначают с сохранением условия:

n₂ = n₁ + 0,5 (7.3)

Расчет остальных параметров взрыва изложен ниже и особенностей не имеет. Направленное взрывание применяют для образования сложных выемок или для перемещения грунта косогоров в насыпи, полунасыпи, дамбы и др.

Взрывание скважинных зарядов, разделенных воздушными промежутками, улучшает равномерность и степень дробления породы, снижает высоту дробления породы, сейсмическое действие взрыва, высоту столба забоечного материала и заколы в глубь массива. При высоте взрываемого слоя до 20 м заряд разделяют на две-три части. Суммарная величина всех воздушных промежутков составляет 0,17-0,35 высоты всего заряда (меньшее значение при крепких породах). Массу заряда ВВ определяют расчетом.

Использование перечисленных способов, особенно в их сочетании, приводит к высококачественному, безопасному и экономичному ведению взрывных работ. Так, например, объединение контурного и короткозамедленного взрывания позволяет максимально приблизить крутизну откосов выемок и полувыемок к запроектированной и обеспечивает их хорошую длительную устойчивость.

Техника безопасности при ведении взрывных работ. Буровзрывные работы выполняют в строгом соответствии с Едиными правилами безопасности ведения буровзрывных работ. Перед началом работ устанавливают и ограждают знаками границы опасной зоны, которую на время взрывов оцепляют постами. Примерный радиус зоны 500 м, принимаемый по расчету или Правилам. При глубине скважин более 10 м дублирование электровзрывной сети обязательно. Расположение шурфов, скважин и камер наносят на исполнительный план взрывного поля. Боевики (детонирующие патроны) устанавливают в заряды в готовом виде. Взрывные работы ведут в строго установленное время, а также по хорошо слышимым сигналам (приготовиться, огонь, отбой), которые всем должны быть хорошо известны.

ВВ хранят в специальных охраняемых складах отдельно от СВ. СВ к месту взрыва переносят в специальной укупорке только подрывники. Все склады должны быть защищены от грозы и иметь телефонную связь с караульным помещением. ВВ и СВ перевозят только на исправных автомобилях, оборудованных красными флажками, со скоростью не более 20 км/ч. Невзорвавшиеся заряды разряжать запрещено. Их взрывают от детонации зарядов, располагаемых невдалеке, при очередном или специальном взрыве. К производству взрывных работ допускают лиц, имеющих Единую книжку взрывника.