7. Технология проведения взрывных работ при подземных выработках
7.1 Введение
При ведении взрывных работ в угольных шахтах в основном используются шпуровые заряды. Последовательность операций: в массиве по забою бурят шпуры, в шпуры помещают заряд ВВ, забойку, затем собирают взрывную сеть и взрывают заряды с заданной очередностью в соответствие с утвержденным паспортом буровзрывных работ
7.2 Шпуровые заряды ВВ
Шпур представляет собой полость, выполненная в виде цилиндра диаметром до 75 мм и длиной до 5 м, пробуренная в породе и предназначенная для размещения заряда ВВ.
Начало шпура называют устьем, а конец шпура (торцевая часть) – забоем или дном шпура, боковую поверхность – стенками шпура. Основные параметры шпура: диаметр dШ, длина l1Ш и глубина lШ (рис.51). Из-за того, что стенки шпура имеют выступы до 1,5 мм и на патронах ВВ имеются также неровности (вмятины, уширения и др.), в угольных шахтах при бурении используют коронки диаметром 41 – 43 мм для патронов ВВ диаметром 36 и 32 мм. Коронками диаметром 51-53 мм бурят шпуры для патронов ВВ диаметром 45 мм.Длина шпура – расстояние по оси шпура от дна до его устья (l1Ш). Глубина шпура – перпендикуляр, опущенный от дна шпура до поверхности забоя (lШ), т.е. это есть глубина заложения шпура в горном массиве:
lШ=l1Ш sinα,
где α – угол между забоем выработки и осью шпура.
Практика проведения взрывов в забоях с одной открытой поверхности показывает, что рациональные длины шпуров в зависимости от крепости пород следующие:
- в крепких породах: l1Ш=1,5-1,8 м;
- в породах средней крепости: l1Ш=1,8-2,2 м;
- в слабых породах: l1Ш=2,2-2,5 м.
При взрывах с двумя открытыми поверхностями длина шпуров составляет 1,8–5,0 м, но чаще l1Ш=2,2-3,0 м. При взрывании по углю и породе длина шпуров должна быть не менее 0,6 м. Как правило, шпуровой заряд разрушает породу в зоне, ближайшей к забою. Донная часть остается в неразрушенной породе в виде так называемого "стакана" (рис.52).
Рис.51. Основные параметры шпура.
Рис.52. Часть массива пород после взрыва шпурового заряда.
Запрещается во всех случаях разбуривать "стаканы" вне зависимости от наличия или отсутствия в них остатков ВМ. Строго запрещено бурить шпуры следующего цикла через стаканы, поскольку в стаканах часто остается ВВ.
Важным параметром является величина lЗАХ – продвигание забоя за одно взрывание или за один цикл; lЗАХ всегда меньше lШ. Отношение продвигания забоя за одно взрывание к глубине шпуров называется коэффициентом использования шпуров – КИШ:
КИШ=lЗАХ/lШ; (КИШ ≤ 1).
Нормативное значение КИШ равно 0,8. На передовых проходках КИШ достигает 0,9 – 0,95 иногда 0,97 – 1,0 в слабых породах. При проектировании буровзрывных работ значения КИШ рекомендуется выбирать следующие:
- на одну открытую поверхность 0,8 –0,85;
- на две открытые поверхности 0,9 – 0,95.
При проведении промышленных испытаний новых типов ВВ и новых технологий ведения взрывных работ КИШ устанавливают по продвиганию забоя за определенный период времени, как правило, за 10 взрываний за этот контрольный период (циклов).
7.3 Основные взрывные врубы
При проведении выработок имеется чаще всего одна открытая поверхность – забой, в котором перпендикулярно и наклонно к его поверхности бурят и взрывают комплект шпуров (от 10 до 60 и более). Взрыв комплекта шпуров должен отвечать следующим требованиям:
1 – первоначально необходимо создать взрывом части шпуров дополнительную вторую открытую поверхность, чтобы усилить разрушительное действие остальных зарядов;
2 – разрушить породу в сечении выработки на куски требуемых размеров, а навал породы получить компактным для эффективной работы погрузочных машин, обеспечить безопасность людей и исключить повреждения крепи и оборудования выработок;
3 – образовать сечение выработки, максимально близкое к проектному, сведя к минимуму недоборы и переборы породы, обеспечить высокий КИШ, а также исключить нарушение естественной прочности массива за контуром сечения выработки.
Критерием правильного оконтуривания является коэффициент излишка сечения (КИС) – отношение фактической площади поперечного сечения выработки в проходке SФ.ПР. к площади проектного поперечного сечения вчерне SВЧ.
КИС=SФ.ПР./SВЧ.
Нормативное значение КИС равно 1,03-1,05.
4 – затраты времени и стоимостные показатели БВР (удельные затраты) должны быть минимальные.
Для достижения указанных результатов взрыва в комплекте шпуров применяют врубовые, отбойные, оконтуривающие и наклонные шпуры, прямые (призматические врубы) и комбинированные врубы.
Врубовые шпуры (на рис.53 №№ 1–4) – взрыв зарядов создает дополнительную (вторую) открытую поверхность в забое и улучшает условия взрывания остальных шпуров. Врубовые шпуры обычно бурят на 0,2–0,3 м глубже остальных, а величина зарядов врубовых шпуров на 15–20% больше, чем в остальных.
Отбойные шпуры (на рис.53 №№ 5–9) взрывают после врубовых, предназначены для расширения полости, образованной врубом. При малых сечениях выработки отбойных шпуров может не быть, а при большом сечении отбойными шпурами разрушают основную часть породы в забое.
Оконтуривающие шпуры (на рис.53 №№ 10–22). Заряды в этих шпурах взрывают последними. Они предназначены для придания выработке проектного сечения. Концы оконтуривающих шпуров в крепких породах выпускают за проектный контур на 100–150 мм, а в мягких породах располагают на проектном контуре выработок. В выработках прямоугольного, трапециевидного и сводчатого сечения применяют наклонные и прямые врубы.
Наклонные врубы образуют шпурами, пробуренными наклонно под углом 60°–70° к поверхности забоя. Расстояние между концами шпуров 10–20 см. В трещиноватых породах шпуры располагают так, чтобы они пересекали поверхности трещин под углом 90°.
Прямые (призматические) врубы (рис.54) образуют шпурами, пробуренными перпендикулярно поверхности забоя (параллельно оси выработки). При этих врубах, как правило, один или несколько шпуров оставляют незаряженными для создания дополнительных открытых поверхностей, облегчающих разрушительное действие остальных шпуров.
Расстояние между соседними шпурами 20–30 см, в очень крепких породах – 5–10 см.Однако наиболее надежные врубы - щелевые, рис.54,а, призматические, рис.54,б, и спиральные шагающие, рис.54,в. Применение спирально-шагающих врубов требует использования только прессованных ВВ. Области применения прямых и наклонных врубов зависят от глубины
шпуров (l), сечения выработки (S), коэффициента крепости пород (f) и могут быть определены по графикам рис.55.
Из комбинированных врубов наибольший интерес представляет шагающий пирамидально-клиновой вруб, рис.56, состоящий из девяти шпуров. Шпур №1 – центральный, имеет наименьшую глубину (1 – 1,2 м) заряд из одного патрона ВВ. Этот шпур бурится перпендикулярно поверхности забоя. Шпуры №№ 2 – 5 располагаются на равных расстояниях от №1. Глубина этих шпуров, считая от центрального, постепенно увеличивается с интервалом 0,2 – 0,33 м. Заряды также увеличиваются на один патрон, т.е. на 0,25 – 0,3 кг в каждом последующем шпуре по сравнению с предыдущим. Бурят с некоторым наклоном к оси шпура №1. Очередность взрывания соответствует номерам шпуров. После взрыва шпуров 1 – 5 через 15 – 30 мс взрывают заряды в шпурах №№ 6 – 9.
Рис.53. Схема расположения врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров: а – пример размещения шпуров в сечении забоя; б – вид сбоку; в – вид сверху.
Рис. 6.4. Некоторые схемы расположения прямых врубов:
а – щелевой вруб; б – призматический вруб;; 1 – заряженный шпур; 2 – незаряженный шпур; в – спиральный шагающий вруб: 1, 2, 3, 4, 5, 6 – номера зарядов и соответствующая последовательность их взрывания.
Рис.55. Графики зависимости области определения наклонных и прямых врубов от глубины шпуров (а) и сечения выработки (б).
Рис.56.
Шагающий пирамидально-клиновый вруб
Прямые врубы с глубокими шпурами, в которых использован эффект взрывной запрессовки, свободной от заряда части шпуров, взрываемых с замедлением, а также прямые врубы с дополнительными очищающими врубовую полость зарядами, показаны на рис.57,а и 57,б соответственно.
На рис.58 приведены схемы врубов, которые наиболее часто применяются в шахтах при взрывных работах.
Целесообразный интервал замедления между врубовыми и отбойными шпурами составляет 50 – 75 мс, а между отбойными и оконтуривающими шпурами – 15 – 25 мс. С увеличением крепости пород интервал замедления уменьшается. Увеличенный интервал замедления между врубовыми и отбойными шпурами объясняется тем, что время разрушения породы врубовыми зарядами, работающими при одной открытой поверхности, больше чем у отбойных и оконтуривающих.
Рис.57. Схема расположения прямых врубов с глубокими шпурами:
а – со взрывной запрессовкой; б – с очищающими врубовую полость зарядами; 1 – разрушающий заряд; 2 – очищающий заряд; 0, 50 – время замедления, мс.
Минимально допустимое расстояние между смежными шпуровыми зарядами должно составлять не менее величин, указанных в табл. 17.
В породах с f >10 расстояние между смежными шпуровыми зарядами должно определяться нормативами, разработанными по согласованию с организацией-экспертом по безопасности работ.
7.4 Забойка шпуров при взрывании в угольных шахтах
Взрывные работы в угольных шахтах являются источником повышенной опасности, связанной с высокой вероятностью воспламенения МВС и ПВС продуктами детонации зарядов ВВ. Одним из путей решения этой проблемы является применения в шпуровом заряде специальных забоечных материалов, которые, с одной стороны, могли бы поглощать часть энергии продуктов взрыва и тем самым способствовать быстрому их охлаждению, а с другой – как можно дольше удерживать продукты взрыва в зарядной камере шпура. Это позволит повысить коэффициент полезного действия взрыва и создать условия для охлаждения продуктов взрыва до температуры, при которой воспламенение МВС и ПВС не происходит.
Рис.58. Типичные схемы расположения шпуров во взрывных врубах
Таблица 17
Минимально допустимые расстояния между шпурами
По обеспечению безопасности работ, химическому взаимодействию с продуктами взрыва и характеру сопротивления (запирающим свойствам), препятствующему истечению из шпура высокотемпературных газов – продуктов детонации ВВ, все используемые в настоящее время типы забойки можно условно разделить на следующие группы: 1 - из пластичных материалов, 2 - из искусственных ингибиторных пластичных материалов, 3 - из сыпучих материалов, 4 - жидкостная забойка, 5 - пробками из твердых материалов, 6 - растворами быстротвердеющих вяжущих веществ и 7 - комбинированная забойка, табл.18.
Ингибиторная забойка
Из данных табл.18 видно, что одним из наиболее простых в исполнении и эффективных видов забоечного материала при ведении взрывных работ в угольных шахтах, опасных по газу и разрабатывающих пласты, опасные по взрывам пыли, является забойка из искусственных ингибиторных пластичных материалов. Ингибиторный пластичный забоечный материал на основе порошка КСВ-30 удовлетворяет условиям пункта 2 табл.18. По основным показателям разработанные составы значительно превосходят применяемые в настоящее время забоечные материалы. Новый материал сертифицирован и допущен к постоянному применению.
Использование ингибиторного пластичного забоечного материала в шахтах позволяет значительно увеличить технико-экономические показатели ведения взрывных работ – КИШ возрастает (в различных горно-геологических условиях) на 5–15%.
Вид забоечного материала играет важную роль в обеспечении безопасности и эффективности ведения взрывных работ в угольных шахтах, опасных по газу и разрабатывающих пласты, опасные по взрыву пыли.
Применяемые в настоящее время забоечные материалы
Эффективность применения забойки шпуров и скважин при взрывных работах обусловлена следующими преимуществами:
- повышается разрушающее действие взрыва;
- предотвращается воспламенение МВС и ПВС продуктами взрыва;
Таблица 18
Основные характеристики забоечных материалов
- исключается поджиг легко воспламеняющихся предметов высокотемпературными частицами, выбрасываемыми при взрывании зарядов из шпуров и скважин;
- значительно уменьшается содержание токсичных газов в ПВ.
Например, при использовании в шахтах предохранительных аммонитов Т-19 и ПЖВ-20 эффективность взрыва при шпуровом методе составляет от 18% до 23%. Этот эффект связан с тем, что ПВ дольше находятся под высоким давлением и химические реакции разложения ВВ протекают более полно.
Время задержки вылета газов забоечным материалом при шпуровом методе составляет 5 – 15 мс.
В шахтах, опасных по газу и взрыву пыли, рекомендуется применять следующие виды забоечных материалов:
- жидкостная забойка (гидрозабойка), рис.59, применяется в виде заливки наклонных шпуров водой и в виде водонаполненных полиэтиленовых ампул. Гидрозабойка используется в сочетании с запирающей песчано-глинистой забойкой. Применение запирающей забойки является обязательным.
Рис.59. Шпур с жидкостной (2) и запирающей (1) забойкой.
- забойка из пластичных материалов (глина, смесь глины с песком, пастообразная смесь типа ПМЗ-3 или увлажненный мел);
- забойка из сыпучих материалов в виде взрывозащитной гранулированной пламелокализующей смеси состава ЗВС-1 и увлажненной смеси карбамида
с хлоридом калия.
Гидрозабойка с использованием водонаполненных ампул с обратным
клапаном является основным видом забойки при взрывных работах в шахтах, опасных по газу и пыли.
Водонаполненные ампулы в шпуре устанавливают между патронами ВВ и запирающей забойкой. Руководством по применению забойки при взрывных работах в угольных шахтах допускается применять водонаполненные ампулы, располагаемые у дна шпура впереди заряда ВВ и между глиняными пыжами.
При взрывании по углю и по породе минимальная величина забойки для всех забоечных материалов должна составлять:
- при глубине шпуров от 0,6 до1,0 м – половину глубины шпура;
- при глубине шпуров более 1,0 м – 0,5 м;
- при взрывании зарядов в скважинах – 1,0 м.
Расстояние от заряда ВВ до ближайшей поверхности должно быть не менее 0,5 м по углю и не менее 0,3 м по породе, в т.ч. и при взрывании зарядов в породном негабарите. В случае применения ВВ VI класса при взрывании по углю это расстояние допускается уменьшить до 0,3 м.
7.5 Причины отказов и выгорания зарядов ВВ
По оценкам специалистов источником воспламенения метано-воздушной и пыле-воздушной смеси в опасных выработках шахт до 25% являются взрывные работы. Главные причины заключаются в выгорании зарядов (~25%) и в их обнажении (~25%), наличии трещин в массиве (~20%), в отсутствии или недостаточности забойки (~12%). Кроме этого, причиной отказов или неполных взрывов может быть низкая водоустойчивость зарядов ВВ. Это говорит о том, что около 50% аварий связано с применением предохранительных ВВ, не соответствующих классу предохранительности, которые воспламеняют газ при обнажении заряда, при наличии трещин в массиве и отсутствии забойки. Наиболее опасная ситуация создается в забое, когда детонация заряда затухает и переходит в горение. Причиной может быть неудовлетворительное качество предохранительных ВВ (повышенная влажность, слежавшиеся патроны и т.д.) или вследствие технологических нарушений детонация заряда в шпуре может прекратиться и перейти в горение. В первом и особенно во втором случаях качество взрыва может быть низкое, возможны аварии, связанные с ликвидацией отказов, и вспышки находящихся в атмосфере выработки метана и угольной пыли.
Так как выгорание зарядов ВВ происходит в течение нескольких секунд, то за это время с высокой долей вероятности может возникнуть взрывоопасная атмосфера из-за выделившегося метана и образовавшейся угольной пыли. Экспериментально установлено, что обычное время образования взрывоопасной концентрации метана и пыли составляет 250–500 мс, а на некоторых пластах может быть еще меньше. В этом случае степень предохранительности горящего заряда ВВ не влияет на воспламенение метана. Очевидно, что возникает необходимость исключить условия взрывания, при которых могут произойти затухание детонации зарядов ВВ и последующее их выгорание.
Чаще всего отказ заряда происходит в результате канального эффекта, прорыва газа в соседний шпур, повышенного гидростатического давления в обводненных шпурах и т.д.
Затухание детонации заряда может привести к следующим отрицательным явлениям:
- горению заряда ВВ;
- образованию ядовитых газов;
- взрыву метано-воздушной смеси;
- взрыву пыле-воздушной смеси в забое.
Рассмотрим последовательно причины, по которым может произойти отказ.
1. Канальный эффект – проявляется при наличии зазора между патронами ВВ и стенкой шпура в результате распространения ударной волны в зазоре со скоростью, большей чем скорость детонации ВВ. Эта ударная волна уплотняет заряд до плотности выше критической, в результате чего детонация ВВ затухает или переходит в горение. Отрицательными явлениями в этом случае могут быть образование ядовитых газов, взрыв метана или угольной пыли в забое. Меры борьбы:
– необходимо уменьшить радиальный зазор между патронами и стенками шпура;
– применять ВВ с повышенной критической плотностью;
– применять специальные конструкции зарядов, устойчивых к воздействию канального эффекта.
Одним из способов борьбы является применение монопатронов, отдельные части которых выполнены из пластмассовых трубок со стенками толщиной
2–3 мм и с замковыми соединениями на концах, заполненных ВВ. Такая конст рукция позволяет быстро собирать заряды любой длины и вводить их в шпур. Применение пластмассовых оболочек (например, из капрона) не влияет на кислородный баланс при взрыве.
2. Прорыв газа в соседний шпур. При взрыве в угольном массиве вокруг заряда возникает система радиальных трещин, которые могут соединять зону взрыва с полостью рядом расположенного шпура. Скорость распространения трещин в углях составляет 360 – 900 м/с. По этим трещинам распространяются продукты взрыва со скоростью 300 – 400 м/с при давлении газов (25-40)·105Па в полость соседнего заряженного шпура. Проникающий газовый поток при таких параметрах способен вызвать нарушение сплошности заряда между отдельными его частями (патронами) с образованием промежутков, заполненных воздухом или угольной пылью; подпрессовку заряда в радиальном или осевом направлении; выбрасывание патрона-боевика из шпура. Перечисленные явления могут вызвать отказ детонации или ее переход в горение. Экспериментально установлено, что при расстоянии между шпурами 0,4-0,6 м, их глубине 1,6- 1,8 м и заряде угленита Э-6 массой 600 г газы проникают в соседний шпур за 0,7-1,5 мс, вызывая указанное нарушение заряда.
Плотность отдельных частей ВВ при этом достигает 1,5-1,6 г/см3, т.е. превышает критическое значение (~1,4 г/см3).
Аналогичная ситуация возникает при ведении взрывных работ по породе. При том же давлении газов скорость распространения трещин в породе может достигать 2000 м/с. Отрицательные явления, связанные с отказом детонации или ее переходом в горение:
– образование большого количества ядовитых газов (до 1000%);
– взрыв метана или угольной пыли.
Меры борьбы:
– параметры расположения и конструкция применяемых зарядов должны исключить прорыв газов в соседний шпур или нейтрализовать их воздействие на заряд, что регламентировано Едиными правилами безопасности при взрывных работах;
– расстояния между шпурами в углях и в породе должны строго соответствовать данным табл.17.
В настоящее время разработана конструкция заряда из гранулированных ВВ, разделенных резиновыми зажимами в полиэтиленовом шланге на порции по 200 г. В зависимости от требуемой величины заряда необходимое количество порций соединяют в один шланговый монозаряд, при этом детонационная способность таких зарядов выше, чем зарядов, составленных из патронов.
3. Повышение гидростатического давления в шпурах происходит вследствие того, что шпур после заряжания герметизируется песчано-глинистой забойкой. За время заряжания забоя (30-40 мин.) давление по экспериментальным данным может повыситься до 3·105 Па. Отрицательные явления. При давлении 3·105 Па водоустойчивость оболочки патрона ВВ снижается, что приводит к намоканию взрывчатого вещества и отказам зарядов. Меры борьбы: требуется повышение водоустойчивости патронов ВВ и применение пористой забойки, исключающей повышение давления в шпурах.
Ни одно из ранее рассмотренных предохранительных ВВ не обеспечивает полной гарантии невоспламенения взрывоопасной рудничной атмосферы. В связи с этим для ведения взрывных работ разработан комплекс мероприятий, предотвращающих или локализующих воспламенение МВС и ПВС.
Для увеличения гарантии качественного взрыва и полной детонации зарядов необходимо выполнить следующие правила:
- ЛНС для зарядов в шпурах должна быть не менее 0,5 м;
- содержание метана у забоя и на расстоянии до 20 м от забоя должно быть не более 1%;
- заряд, состоящий из нескольких патронов ВВ, следует вводить в шпур одновременно.
Суммарный интервал замедления при короткозамедленном взрывании в шахтах, опасных по взрыву газа и пыли, выбирают исходя из условий, чтобы в месте расположения зарядов за этот интервал не образовалось взрывоопасных концентраций метана и угольной пыли. Для угольных и смешанных забоев суммарный интервал замедления не должен превышать 200 мс, а для породных забоев подготовительных выработок – 300 мс.
Способы инертизации взрывоопасной атмосферы
Гарантией того, что рудничная атмосфера в призабойном пространстве выработки окажется "безразличной" к любым негативным ситуациям, возникающим при ведении взрывных работ, является замена взрывоопасной атмосферы на инертную. С этой целью используют водяные завесы, воздушно-механическую пену, распыленные ингибиторы, инертные газы, инертную пыль, водяные заслоны и т.д. Рассмотрим некоторые из этих способов.
Способ создания водяных завес состоит в предварительном (за 25 мс до взрыва врубовых шпуров) взрывании зарядами ВВ повышенной предохранительности (VII класс ВВ) полиэтиленовых мешков с водой емкостью от 20 до 50 л, подвешенных у забоя или укладываемых на почву выработки. В этом случае атмосфера в забое на участке 3 – 6 м при однорядном и двухрядном расположении сосудов насыщается тонкодиспергированной водой. Обычно заряды в сосудах взрывают мгновенно, а врубовые шпуры инициируют детонаторами ЭДКЗ с замедлением 25 мс (15 мс). Все заряды монтируют в единую сеть.
Иногда для создания водяных завес применяют специальные форсунки, из которых диспергированная вода выбрасывается на некотором расстоянии от взрываемого забоя. Количество воды принимают из расчета 5 л на 1 м2 сечения забоя.
Применение воздушно-механической пены. Этот способ реализуется следующим образом. От пеногенератора пена воздушным вентиляционным потоком по трубам транспортируется в забой и заполняет все сечение выработки на протяжении 10 – 15 м. Все газы вытесняются из призабойного пространства, чем и обеспечивается безопасность взрыва. Используют пеногенераторы эжекционного типа, производительностью от 0,8 до 1,5 м3/мин. Необходимый напор рабочей жидкости на форсунки пеногенератора создается наосом. Давление в пене падает в 12 – 14 раз и сильную тенденцию к затуханию имеет при увеличении расстояния.
Применение распыленных ингибиторов. Ингибитор – вещество, снижающее скорость химических реакций. При определенном содержании этих веществ в воздухе вспышка взрывоопасной смеси не происходит. В качестве ингибиторов применяют KJ, NaJ, NaBr, которые нейтральны по действию на организм человека, химически стойкие. Распыление их достигается путем взрыва зарядов ВВ.
Использование инертных газов в призабойной зоне основано на том, что пробка (перегородка) из инертных газов толщиной около 1,5 м в выработке гарнтирует локализацию вспышки метана или угольной пыли. Не дает возможности развиваться вспышке, если очаг расположен вплотную к забою.
Много десятков лет в угольных шахтах применяются водяные или пылевые заслоны, которые создаются путем размещения на некотором расстоянии от забоя стеллажей, на которых установлены ванны с водой или доски с инертной пылью. Стеллажи и доски легко опрокидываются воздушной ударной волной, идущей впереди пламени, прерывая его распространение образованной преградой из водовоздушной или пылевоздушной смеси.
7.6 Особенности взрывных работ при проведении выработок по выбросоопасным пластам
При отработке пластов, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа, а также на угрожаемых пластах, где текущим прогнозом получены значения "Опасно", в определенном режиме, направленном на защиту людей от последствий возможных выбросов, применяют сотрясательное взрывание.
Сотрясательное взрывание – способ обеспечения безопасности работ, согласно действующим единым правилам безопасности при взрывных работах. Он применяется при вскрытии опасных по выбросам пластов, при проведении подготовительных и очистных выработок по таким пластам, а также при вскрытии угрожаемых пластов.
Согласно современным представлениям, сотрясательное взрывание – это взрывные работы на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа, которые выполняются в определенном режиме, направленном на защиту людей от последствий возможных выбросов угля, породы и газа. Сотрясательное взрывание имеет два принципиально разных значения:
- полная отбойка угля и породы в заданном сечении выработки;
- предотвращение выбросов угля и газа.
Выбросы угля и газа, происходящие в результате сотрясательного взрывания, характеризуются следующими признаками:
- отбросом угля от забоя на расстояние, превышающее протяженность возможного размещения угля, отбитого взрывным способом;
- образованием в угольном массиве характерной полости;
- повышенным по сравнению с обычным газовыделением в горную выработку.
Основные признаки выброса:
- разрушение породы за пределами проектного сечения выработки;
- образование в массиве полости, оконтуренной породой, расслоившейся на тонкие чешуеобразные пластинки;
- отброс породы от забоя и дробление значительной части ее до размеров крупнозернистого песка;
- повышенное газовыделение в выработку.
Влияние на интенсивность выбросов оказывает угол падения пласта. Так, при пологом падении максимальная интенсивность не превышала 2000 т, при крутом – достигала 14000 т! Увеличение сечения выработки приводит к увеличению интенсивности выбросов угля и газа. Сотрясательное взрывание условно делят на шесть видов (в данном разделе рассматривается три вида). Разработка нескольких видов сотрясательного взрывания зависит от назначения области и условий эффективного его применения. Каждый из видов имеет вполне определенную область применения, заданный режим взрывания, характеризуется специфическими параметрами ведения взрывных работ.
1. Вскрытие пласта (этот вид взрывания предназначен для отбойки породы и угля в зонах приближения и удаления). Вскрытие пластов сотрясательным взрыванием производится с использованием ВВ IV класса (аммонит Т-19, аммонит ПЖВ-20). В забоях выработок, проводимых по породам с f ≥ 5, допускается использовать до обнажения угольного пласта ВВ III класса (например аммонит АП-5ЖВ), имеющего высокую работоспособность.
Вскрытие или пересечение пласта – это комплекс работ, связанных с приближением к пласту, его пересечением и удалением от пласта. Чаще всего пересечение пластов производится квершлагами, рис.60.
Во всех случаях следует считать:
– при вскрытии пологих, наклонных и крутонаклонных угольных пластов "участком приближения" – участок вскрывающей выработки с 4 до 1 м перед вскрываемым пластом и "участком удаления" – с 1 до 4 м за пластом (все расстояния принимать по нормали к пластам) рис.60;
– при вскрытии крутых угольных пластов "участком приближения" участок вскрывающей выработки с 4 до 2 м перед вскрываемым пластом, а "участок удаления" – с 2 до 4 м за пластом.
При пересечении выбросоопасных пластов необходимо использовать такой паспорт БВР, при котором заряды ВВ располагаются в породной толще и в угольном массиве. Замедления электродетонаторов короткозамедленного действия должны быть расположены таким образом, чтобы вначале разрушилась породная пробка, а затем пласт угля. Выбор параметров паспорта БВР для выработок, проводимых по угольным пластам и породам, опасным по внезапным выбросам, должен обеспечивать полную отбойку угля (породы) по всему сечению выработки, если при сотрясательном взрывании не достигнута требуемая конфигурация забоя, следует провести повторное сотрясательное взрывание по оконтуриванию выработки. В местах геологических нарушений взрывание по углю и породе должно проводиться одновременно.
Рис.60. Схема вскрытия пологого пласта квершлагом :
1 – участок приближения; 2 – участок пересечения; 3 – участок удаления.
При осуществлении сотрясательного взрывания должен вестись "Журнал проведения сотрясательного взрывания по шахте", форма которого утверждается руководителем предприятия. Задачей проведения сотрясательного взрывания в угольных и смешанных забоях подготовительных и очистных выработок является полная отбойка угля или угля и породы в заданном сечении выработки. Решение этой задачи обеспечивается применением ВВ IV класса и правильным выбором паспортов БВР, исключающих дополнительное оформление выработок с применением ручных ударных инструментов и машин.
Практика ведения взрывных работ показывает, что схема взрывания с опережающей отбойкой угля может быть использована при проведении выработок смешанными забоями на пластах средней мощности. Вторая схема взрывания, предусматривающая одновременную отбойку угля и породы, используется на тонких и весьма тонких пластах. Использование этой схемы сокращает число взрываний и уменьшает вероятность воспламенения МВС и ПВС.
В паспорте БВР для проведения подготовительных выработок (пласты пологого и наклонного падения) устанавливается минимальное число сотрясательных взрываний при максимальном подвигании забоя. При взрывании по углю глубина шпуров составляет 1,8 – 2,9 м, КИШ должен быть не менее 0,85; при одновременном взрывании по углю и породе глубина шпуров 1,8 – 2,6 м, а КИШ – не менее 0,8.
В угольных и смешанных забоях выработок, проводимых по выбросоопасным угольным пластам, при взрывании зарядов только по углю или по углю и породе одновременно, а также по породе без опережающей выемки угля, при проведении выработок по выбросоопасным породам и при вскрытии таких пород, расстояние до укрытия мастера-взрывника должно быть не менее 600 м от забоя, но не ближе 200 м от места слияния исходящей из взрываемого забоя струи воздуха со свежей струей. При этом люди, не связанные с проведением взрывных работ, должны находиться на свежей струе воздуха на расстоянии не менее 1000 м от взрываемого забоя.
Выработка, в которой проводится сотрясательное взрывание, перед взрывными работами должна быть освобождена на протяжении не менее 100 м от забоя от вагонеток и других предметов, загромождающих ее более чем на на одну треть поперечного сечения. Руководство подготовкой и проведением сотрясательного взрывания в забое (группе забоев) должны осуществлять инженерно-технические работники участка, на котором проводятся взрывные работы.
Забои выработок, проводимые по выбросоопасным породам – область сотрясательного взрывания, назначением которой является отбойка породы в заданном сечении выработки.
Оптимизация параметров взрывных работ, направленная на уменьшение интенсивности и частоты выбросов песчаника и газа, включает проведение выработок с опережающим забоем малого сечения, когда взрывные работы выполняются в обоих забоях за один прием (локализация выбросов достигается тем, что отбитая взрывом порода основного забоя полностью перекрывает сечение опережающего). В соответствие с паспортами БВР глубину шпуров выбирают равной 1,6–1,8 м, число шпуров в опережающем забое в зонах высокой степени опасности не более 12, а в зонах невысокой и средней степени опасности не более 21. Размеры опережающего забоя в зонах высокой степени опасности следующие: ширина 1,6 м, высота 2,0 м, в зонах невысокой и средней степени опасности соответственно 3,2 и 2,0 м. Допустимое замедление не более 135 мс.
При проведении выработок одновременно по выбросоопасному слою
песчаника и слою сланца или по выбросоопасным и невыбросоопасным песчаникам шпуры располагают в местах, показанных на рис.61.
Применение рассмотренных методов не изменяет состояние очага выброса, а лишь уменьшает интенсивность выброса, что является существенным недостатком. В связи с этим разработан ряд способов, которыми предусмотрены предварительные активные механические воздействия на очаг выброса, например, предварительная дегазация очага выброса глубинными взрывами. Этот способ характеризуется следующей последовательностью проводимых операций: 1 – разведочным бурением обнаруживают выбросоопасный очаг; расстояние от забоя до очага не должно быть меньше 5 м, что обеспечивает создание надежной породной пробки; 2 – в зону очага бурят 3–4 глубоких скважины диаметром 100–150 мм, мощные заряды в которых размещают таким образом, чтобы они не выход или за контур очага выброса. Сильное разрушение массива и трещинообразование приводит к дегазации метана, который выходит через скважины в выработку, выброс при этом не происходит; 3 – после полной дегазации возобновляются работы по проведению выработок сотрясательным взрыванием.
Рис.61. Схемы расположения шпуров при одновременном проведении выработок по выбросоопасным и невыбросоопасным песчаникам (или сланцам): 1 – выбросоопасный песчаник; 2 – шпуры; 3 – невыбросоопасный песчаник (или сланец).
К основным способам снижения интенсивности выбросов при сотрясательном взрывании относятся:
- взрывание зарядов в коротких шпурах (осуществляется регулирование глубины шпуров в зависимости от размеров естественной разгруженной зоны угольного пласта впереди забоя выработки – составляет не менее 2 м;
- передовое рыхление вмещающих пород (создается опережающая разгрузка в массив угля за счет взрывания глубоких шпуров по породе вблизи выбросоопасного пласта);
- проведение выработок с опережающим гидровзрыванием (может осуществляться смешанными забоями только при одновременной отбойке угля и
породы. На глубину опережающей части шпура устанавливают полиэтиленовые ампулы, заполненные водой. Оконтуривающие шпуры располагают таким образом, чтобы заряды ВВ выходили за проектный контур выработки не менее чем на 0,2 м, а опережающая забойка – не менее чем на 0,5 м; максимальная глубина шпуров принимается не более 4 м, а опережающая гидрозабойка - половину глубины шпуров. Масса заряда в шпурах с опережающей гидрозабойкой принимается на 0,3 кг больше массы зарядов в шпурах, используемых для отбойки угля);
- проведение подготовительных выработок с опережающей отбойкой боковых пород (используется на крутых пластах, склонных к высыпанию, мощностью до 0,8 м).
7.7 Взрывные технологии подземной отбойки угля
Взрывное разрушение угля в лавах в настоящее время не имеет широкого распространения. Однако на гидрошахтах для увеличения производительности гидромониторов разрушение и ослабление угольных пластов, подсечка угольных целиков тонких пластов крутого падения осуществляются с помощью взрыва. Широкое применение взрывного разрушения угля имеет место при щитовой системе разработки пластов крутого падения большой мощности – более 8 м. Рассмотрим два варианта взрывной отбойки угля в лаве: без машинной подрубки и с машинной подрубкой.
Взрывная отбойка угля без машинной подрубки. Этот метод предусматривает расположение шпуров при мощности пласта ≤1 м в один ряд, а при мощности пласта более 1 м в два ряда наклонно к линии забоя, чтобы обеспечить отбрасывание угля, рис.62. При этом удельный расход ВВ составляет 0,2–0,4 кг/м3. Глубину шпуров выбирают в зависимости от устойчивости пород кровли, а если шпуры бурят под углом, то с учетом угла наклона.
Рис.62. Схема взрывного разрушения угля в лаве:
1 – угольный пласт; 2 – кровля; 3 – почва; 4 – заряженные шпуры.
Продвигание забоя за один цикл при неудовлетворительной устойчивости кровли составляет 0,8–1,0 м, при нормальной – 1,0–1,2 м. Число шпуров на лаву определяется по формулам:
при расположении в один ряд N=L/a;
при расположении в два ряда N=L(1/а1+1/а2),
где L – длина лавы (взрываемого участка); а – расстояние между шпурами в ряду; а1 и а2 –расстояние между шпурами, расположенными соответственно в первом и втором ряду.
Если расстояние между шпурами в рядах одинаковое, то число шпуров определяют по формуле:
N=L·n/a (n=1,2,3…).
Рекомендуемая величина заряда ВВ на один шпур:
- 0,2–0,4 кг при lШ=1,0-1,3 м;
- 0,4-0,6 кг при lШ=1,5-1,8 м;
- 0,5-0,8 кг при lШ>1,9 м.
Расстояние между шпурами в ряду на антрацитовых пластах находятся в пределах 1,2-1,8 м.
Отбойка угля в лавах с машинной подрубкой (рис.63). При отбойке угля по этой схеме шпуры бурят перпендикулярно поверхности забоя на величину вруба (lВРУБ=lШ) и заряжают их из расчета удельного расхода ВВ (типа аммонитов ПЖВ-20, Т-19) 0,1-0,2 кг/м3.
Образование ниш в лавах обычно производят с помощью взрывов, средств беспламенного взрывания или применяют отбойные молотки. В результате взрыва может образоваться навес пачки угля (рис.64). Чтобы этого не произошло необходимо lШ увеличить на 0,1-0,15 м по сравнению с
величиной lВРУБ. В слабых углях рекомендуют выбирать lШ=lВРУБ – (0,1-0,15).
Рис.63. Схема расположения шпуров в забое при машинной подрубке угля:
1 – угольный пласт; 2 – почва; 3 – шпур с зарядов ВВ; 4 – кровля.
Рис.64. Навес пачки угля:
1 – угольный пласт; 2 – кровля; 3 – почва; 4 – навес пачки угля.
При хорошем отделении угля от кровли расстояние, на котором бурят шпуры от кровли, составляет 10-20 см (при mПЛ≥1,2-2,2 м). Расстояние между шпурами в ряду на антрацитовых пластах составляет 1,8-2,5 м. В шахтах, опасных по взрыву газа и пыли отбойка подрубленной пачки угля с применением ВВ представляет опасность. Так как подрубленная пачка под действием собственной массы и давления на нее кровли оседает с образованием трещин, в которых быстро накапливается метан. Заряд, пересекающий трещину, может легко воспламенить взрывчатую смесь. Поэтому в процессе машинной подрубки пачку надежно закрепляют подшашками, рис.65.
Рис.65. Схема закрепления подрубленной пачки угля подшашками.
В шахтах, опасных по газу и пыли, при взрывании в забоях применяют предохранительные ВВ в патронах диаметром 36 – 37 мм; в неопасных шахтах – диаметром 36 – 37 мм, 31 – 32 мм. Для контурного взрывания используют ВВ в патронах диаметром 28 мм. При проходке вертикальных стволов применяют ВВ в патронах диаметром 36 – 37 мм и 44 – 45 мм, для оконтуривания – диаметром 32 мм.
В угольных забоях бурят шпуры на 5 – 8 мм больше диметра патрона ВВ. Диаметр шпуров породных забоев на 3 – 5 мм больше диметра патрона ВВ (допускается 2 – 3 мм). Запрещается бурение шпуров сильно изношенными коронками и резцами, диаметр которых меньше диаметра патрона ВВ. Выбор глубины шпуров производится с учетом площади и формы забоя, свойства взрываемых пород, работоспособности ВВ, типа бурового оборудования, требуемой величины продвигания забоя за один взрыв.
На практике при одной свободной поверхности глубина шпура 1,5 – 3,0 м:
- до 1,8 м в крепких породах (f = 7–20);
- 1,8– 2,2 м в породах средней крепости (f = 4–6);
- 2,2 – 2,5 м в слабых породах (f = 1,5–3,0).
Среднюю глубину шпура в породных забоях в зависимости от величины коэффициента крепости и площади забоя в проходке находят из таблиц. Также из таблиц находят среднюю глубину шпуров в угольных подготовительных забоях с одной открытой поверхностью с учетом коэффициента крепости пород и площади поперечного сечения забоя.
При проведении вертикальных стволов шахт:
- глубина шпуров 3 – 2,6 м при f = 1,5 – 3,0;
- глубина шпуров 2,5 – 2,2 м при f = 4 – 6;
- глубина шпуров 2,1 – 1,5 м при f = 7 – 20.
7.8 Ответственность персонала за нарушение порядка хранения,
учета и использования взрывчатых материалов
Должностные лица и рабочие, виновные в нарушении требований нормативных документов о порядке хранения, использования и учета ВМ, несут ответственность в дисциплинарном, административном или уголовном порядке.
Руководитель и главный инженер шахты несут ответственность за:
1) своевременное оформление разрешений на право производства взрывных работ, приобретение ВМ и их перевозку;
2) своевременную подачу вышестоящей организации заявок на получение ВМ, обеспечение установленного порядка допуска лиц для руководства и производства взрывных работ, а также хранения ВМ и обращения с ними;
3) обеспечение предприятий, строек, организаций необходимым числом складов ВМ требуемой вместимости, их исправное состояние, недопущение загрузки складов сверхустановленной вместимости;
4) обеспечение складов ВМ охраной в соответствие с установленным порядком, обеспечение ежемесячной проверки порядка учета, хранения и наличия ВМ на складах;
5) обеспечение порядка и охраны при разгрузке и транспортировании ВМ на склады и к месту работ;
6) обеспечение правильной постановки учета ВМ на складах; разрешение применять только те ВМ, которые допущены к использованию в данных условиях работы;
7) незамедлительное сообщение вышестоящей организации, непосредственно контролирующей организации и местному органу внутренних дел о случаях хищения и потерь ВМ;
8) своевременное привлечение к ответственности нарушителей порядка хранения, использования и учета ВМ;
9) безопасную организацию взрывных работ.
Руководитель взрывных работ несет ответственность за:
1) обеспечение точного соблюдения подчиненным ему персоналом порядка хранения, учета, расходования и транспортировки ВМ;
2) допуск к производству взрывных работ, испытанию ВМ только лиц, имеющих на это право;
3) обеспечение контроля за своевременной отчетностью мастеров-взрывников об израсходованных ВМ и сдачу ими остатков на склад;
4) организацию регулярного надзора за состоянием складов ВМ, участковых раздаточных пунктов, подземных раздаточных камер и за работой обслуживающего персонала и охраны;
5) организацию проведения опытных взрываний для установления параметров паспорта буровзрывных работ; регулярную проверку правильности разработанных проектов и паспортов на производство взрывных работ;
6) обеспечение соблюдения требований правил и инструкций и паспортов на производство взрывных работ;
7) внесение записи в книги учета, выдачи и возврата ВМ на расходном складе;
8) организацию переподготовки и инструктажа мастеров-взрывников, лаборантов, раздатчиков, доставщиков, подносчиков ВВ, помощников взрывников по вопросам ведения взрывных работ, обеспечения условий безопасности, правильного обращения с ВМ и использования их по назначению.
Начальник участка взрывных работ несет ответственность за:
1) организацию проведения взрывных работ на шахте в соответствие с действующими правилами; своевременную разработку проектов на взрывные работы;
2) ознакомление с утвержденным проектом лиц надзора участка и соответствующих производственных участков, а также мастеров-взрывников; осуществление контроля за наличием паспортов буровзрывных работ;
3) допуск к производству взрывных работ только лиц, имеющих на это соответствующие права;
4) определение в соответствии с паспортами буровзрывных работ норм расхода ВМ по отдельным объектам и в целом по предприятию, а также определение потребности в них взрывчатых материалов в целом по предприятию для представления заявок на планируемый период (квартал, год);
5) обеспечение соблюдения правил хранения, использования и учета ВМ, а также их уничтожения в соответствии с требованиями правил;
6) обеспечение ежемесячного приема отчетов у мастеров-взрывников (взрывников) о выполнении заданий на производство взрывных работ, а также о расходовании ВМ и возврате их остатков на склад;
7) осуществление мер по предупреждению неполных детонаций, выгораний и отказов, организацию ликвидации невзорвавшихся зарядов в соответствии с требованиями правил; ведение постоянного учета всех случаев отказов и выгораний ВВ и средств инициирования, а также вспышек и взрывов метана и угольной пыли при взрывных работах;
8) систематическое проведение инструктажа мастеров-взрывников (взрывников), лаборантов, раздатчиков, доставщиков, подносчиков ВМ по вопросам безопасности при взрывных работах, правильного обращения с ВМ и использования их по назначению;
9) организацию обеспечения мастеров-взрывников (взрывников) исправными взрывными и контрольно-измерительными приборами, взрывными магистралями, сумками или другими емкостями для переноски ВМ, газоанализаторами, забойниками и другими принадлежностями, необходимыми для производства взрывных работ;
10) своевременное выявление неисправных взрывных и контрольно-измерительных приборов и направление их в ремонт.
Начальник участка, на котором ведутся взрывные работы, несет ответственность за:
1) своевременное проведение опытных взрываний для установления требуемых показателей при составлении паспорта БВР для каждого забоя (объекта), ознакомление с паспортом БВР (проектом) лиц надзора участка, горных мастеров (мастеров), начальников смен и рабочих соответствующей квалификации; обеспечение строгого соблюдения на участке паспортов БВР (проектов);
2) точное соблюдение6 подчиненным ему персоналом порядка хранения, учета, использования и транспортировки ВМ;
3) допуск к производству взрывных работ и обслуживанию зарядных машин только лиц, имеющих на это право;
4) своевременную отчетность подчиненных ему мастеров-взрывников (взрывников) об израсходовании ВМ и сдачу ими остатков на склад ВМ; обеспечение правильности подтверждения данных о расходовании ВМ лицами технического надзора (горными мастерами);
5) привлечение в качестве доставщиков ВВ от склада ВМ к местам работы только стажеров-взрывников или проинструктированных рабочих;
6) подготовку, оборудование и содержание в исправности контейнеров (сейфов, ящиков) для хранения ВМ на участках (вблизи места производства взрывных работ); своевременную перестановку контейнеров (сейфов, ящиков) и их ремонт;
7) обеспечение мест хранения ВМ противопожарными средствами и телефонной связью с коммутатором предприятия, безусловной сохранности ВМ на участке.
Горный мастер, мастер, начальник смены участка, где производятся взрывные работы, несет ответственность за:
1) подготовку забоя (объекта) к производству взрывных работ в полном соответствии с требованиями Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах или других ведомственных правил безопасности и выдачу письменного разрешения (на наряде-путевке) на взрывание;
2) допуск на посты охраны места производства взрывных работ рабочих, прошедших соответствующий инструктаж; расстановку постов охраны и выставление ограждающих знаков до начала взрывных работ; осмотр места производства взрывных работ после взрывания и проветривания;
3) руководство своевременной и безопасной ликвидацией невзорвавшихся зарядов (отказов); допуск рабочих в забой после взрывания и проветривания;
4) обеспечение контроля за использованием ВМ только по назначению;
5) подтверждение правильности сведений в наряде-путевке о фактическом расходе ВМ;
6) выполнение буровзрывных работ по проекту или по паспорту.
Мастер-взрывник (взрывник) несет ответственность за:
1) обеспечение постоянного надзора за полученными им ВМ, не допуская передачи их другим лицам (кроме случаев, оговоренных правилами), утери, разбрасывания или оставления в подземных выработках либо на поверхности, а также самовольного уничтожения;
2) использование полученных ВМ только по назначению;
3) проведение взрываний в соответствии с паспортом БВР (проектом) на взрывные работы;
4) проведение взрывных работ только при наличии постов охраны и соблюдении всех других требований правил безопасности;
5) своевременную сдачу на склад или участковый пункт хранения остатка неиспользованных ВМ, правильный учет расхода их в наряде-путевке;
6) осмотр забоев после взрывания, своевременное сообщение лицу сменного надзора или руководителю взрывных работ о невзорвавшихся зарядах и
отметку в "Журнале записи отказов при взрывных работах и времени их ликвидации", а также за своевременную ликвидацию невзорвавшихся зарядов;
7) при невозможности ликвидации этих зарядов – за установку ограждающих знаков, предупреждающих об опасности подхода посторонних лиц к невзорвавшимся зарядам, и немедленное извещение лиц технадзора о их числе и местонахождении;
8) строгое соблюдение правил транспортирования ВМ от склада ВМ до места работы и обратно;
9) проверку на опасных по пыли шахтах качества орошения выработки или связывания осевшей пыли;
10) производство взрывных работ в выработках шахт, опасных по газу, только при допустимых концентрациях взрывчатых газов;
11) проверку подготовленности забоя к производству взрывных работ; расстановку постов охраны и выставление ограждающих знаков дог начала взрывных работ (в специальных случаях, оговоренных правилами);
12) осмотр мест производства взрывных работ после взрывания и проветривания; подачу соответствующих сигналов об окончании взрывных работ и разрешение на допуск совместно с лицом сменного технического надзора рабочих к месту взрывания для последующих работ;
13) осуществление контроля за правильностью выполненных буровых работ в соответствии с проектом или паспортом БВР;
14) замер газоанализатором содержания метана на шахтах, опасных по газу, непосредственно перед заряжанием и взрыванием; замер содержания метана перед взрыванием у места нахождения взрывного прибора; выполнение мероприятий по предупреждению взрывов газа и пыли.
Еще по теме 7. Технология проведения взрывных работ при подземных выработках:
- ТРУД ШАХТЕРА ПОД ЗЕМЛЕЙ
- 3. Общая классификация промышленных взрывчатых веществ и их характеристика
- 7. Технология проведения взрывных работ при подземных выработках
- Содержание