Взрывные работы

Взрывные работы

ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ - работы, связанные с применением взрывчатых веществ при раздроблении массивов горных пород, почвы, а также при разрушении различных предметов, сооружений из твердых материалов и т. п. Наибольшее применение взрывные работы имеют в горном деле при проведении выработок, при разработке карьеров и пр. Заряды взрывчатого вещества закладываются обычно в буровые скважины (шпуры) диаметром 25—60 мм и глубиною 0,25—2 м, В исключительных случаях, при проведении выработок большого сечения (тоннелей) и при разработке карьеров, диаметр шпуров достигает 75—100 мм, а глубина - 5 м и более. Глубина шпуров зависит от направления их, от размеров проводимой выработки, от свойств и характера породы, размеров отбиваемых кусков, от длины линии наименьшего сопротивления (т.е. расстояния от центра заряда до обнаженной поверхности массива) и т. п. В слитных породах и в мощных залежах с правильной редкой трещиноватостью применяют глубокие шпуры, а в породах тонкослоистых, складчатых или разбитых короткими и частыми трещинами - более мелкие шпуры.

Эффект действия заряда взрывчатого вещества, т. е. объем отбитой при взрыве породы, зависит от числа обнаженных плоскостей массива, совпадения трещин и плоскостей напластования с линией наименьшего сопротивления.

Взрывные работы

Если массив обнажен только с одной стороны (фиг. 1) и шпур проводится под углом 45° к обнаженной поверхности, то объем отбиваемой при взрыве породы можно определить по формуле: V= 0,37∙Т3, глубина же шпура равна полуторной или двойной длине линии наименьшего сопротивления (L = (1,5—2)Т). При двух обнаженных плоскостях, если шпур проводится параллельно одной из них, V= 0,84∙Т3 и L равно 1,5—2,5 L; при трех обнаженных плоскостях V= 1,33∙T3. При одной обнаженной плоскости забоя эффект взрыва увеличивается с уменьшением угла наклона шпура к обнаженной плоскости; обычно этот угол бывает 15—45°. С целью увеличения числа обнаженных плоскостей в забое делают дополнительную проработку (вруб), а чаще в центре выработки задают три наклонных друг к другу шпура так, чтобы их направления пересекались приблизительно в одной точке. От взрыва этих шпуров образуется воронка, что увеличивает эффект взрыва при отладке остальных шпуров.

Расположение шпуров при проходке выработки большого круглого сечения

На фиг. 2 показано расположение шпуров при проходке выработки большого круглого сечения: здесь шпуры взрываются постепенно, концентрическими кругами, начиная с ближайших к центру и кончая расположенными по периферии выработки. Если шпуры взрывают последовательно, по одному, то расстояния между ними д. б. 0,5—1,0 L; при одновременном же взрыве целой группы шпуров 1,5—2 L. Объем отбиваемой породы при взрыве расположенных в одну линию шпуров можно принять: V= (2n—1)v, где n- число одновременно взрываемых шпуров и v - объем отбиваемой породы при взрыве одиночного шпура. Пользуясь указанными выше формулами, можно определить число шпуров на 1 м2 поверхности или на данный объем массива в зависимости от числа обнаженных плоскостей, глубины и угла наклона шпуров, их взаимного расположения и порядка отпалки. Бурение шпуров для взрывных работ производят или вручную (при малом масштабе работ и неглубоких шпурах) или, чаще всего, с помощью перфораторов, главным образом - пневматических и электрических; применяют также буровые станки, когда требуется проведение глубоких шпуров значительного диаметра.

В зависимости от условий взрывных работ применяют разнообразные взрывчатые вещества: при крепких породах - чаще всего гремучий студень (83—93% нитроглицерина) или динамит с содержанием нитроглицерина 45—65%; при породах более слабых - аммиачно-селитровые взрывчатые вещества; черный порох применяется редко. При разработке больших карьеров в качестве взрывчатого вещества применяют иногда жидкий кислород. Применение взрывчатых веществ во всех странах регулируется особыми правилами безопасности, причем допускаются к употреблению только определенные взрывчатые вещества, списки которых периодически опубликовываются. Взрывчатые вещества, выделяющие при взрыве ядовитые и удушливые газы, допускаются только при открытых горных работах. В рудниках, где имеется гремучий газ и взрывчатая каменноугольная пыль, допускаются к применению только предохранительные взрывчатые вещества, имеющие низкую температуру взрыва; наибольшим распространением из них пользуются гризутины, содержащие 12—30% гремучего студня (11,16—29,1% нитроглицерина), и составы Фавье с содержанием 4,5—13,2% тринитронафталина, причем более сильные из этих взрывчатых веществ допускаются только при палении по пустым породам. Вес заряда не должен превосходить особо установленной для каждого взрывчатого вещества предельной величины (предельный заряд).

При заряжании шпуров пользуются обыкновенно взрывчатыми веществами в виде патронов; диаметр патронов колеблется от 18 до 50 мм, длина - от 80 до 100 мм и вес - от 75 до 100 г. Для воспламенения бризантных взрывчатых веществ пользуются детонаторами (пистонами) с гремучей ртутью, с азидом свинца или тетрилом, причем обычно применяют капсюли не ниже № 6 (с 1 г гремучей ртути). Азидосвинцовые капсюли в алюминиевой гильзе запрещены к употреблению в рудниках, содержащих гремучий газ, во избежание взрыва.

В качестве затравки пользуются обычно бикфордовым шнуром, состоящим из пороховой сердцевины и наружной джутовой обмотки. Скорость горения шнура около 0,5 м/мин, но иногда применяют и быстро горящие шнуры со скоростью горения до 400 м/сек. Для работ под водой применяют бикфордов шнур, покрытый сверху слоем вулканизированного каучука. В некоторых случаях при одновременной отпалке нескольких шпуров применяют детонирущий шнур, со скоростью детонации до 5000 м/сек, состоящий из тонкой свинцовой трубки, наполненной мелинитом, пироксилином или тротилом. В газовых рудниках применение бикфордова и детонирующего шнуров не допускается. Наибольшим распространением пользуется электрический способ паления, при котором воспламенение капсюля производится электрической искрой (пальники 1-го рода), или путем непосредственного воспламенения током горючего состава, помещенного на концах проводников пальника (пальники 2-го рода), или накаленной током проволокой (пальники 3-го рода). В рудниках, содержащих гремучий газ или взрывчатую каменноугольную пыль, электрическое паление является единственным разрешенным способом воспламенения зарядов. В качестве источника энергии при этом способе пользуются динамо-электрическими или магнито-электрическими машинками, аккумуляторами, сухими или гальваническими элементами или, наконец, током от осветительной сети. Для соединения источников энергии с пальниками пользуются обыкновенно двумя изолированными проводами. При одновременном палении нескольких зарядов запалы, можно включать в цепь последовательно или параллельно. Первый способ применяют при электрических пальниках всех видов, параллельное включение возможно применять только для пальников 3-го рода и тех пальников 2-го рода, которые обладают малым сопротивлением. При параллельном включении запалов возможно проверять исправность сети и взрывать заряды по отдельным группам. Для испытания электрических запалов и сети проводов пользуются омометрами или сухими элементами с гальваноскопом, причем сила тока в цепи при испытании д. б. достаточно малой, чтобы не вызвать воспламенения детонаторов. Испытание отдельных запалов следует производить без детонаторов.

Количество помещаемого в шпур взрывчатого вещества (величина заряда) зависит от силы последнего, свойств и характера взрываемой породы, глубины шпура, длины линии наименьшего сопротивления и расстояния между зарядами. Приблизительную величину заряда можно определить по формуле Шалона P = reL2, где Р - вес заряда в кг, L - длина линии наименьшего сопротивления в м, r- коэффициент, зависящий от свойств породы, и е - коэффициент, зависящий от силы взрывчатого вещества.

Количество помещаемого в шпур взрывчатого вещества (величина заряда)

Пользуясь этой и приведенными раньше формулами, можно определить расход взрывчатого вещества на 1 м3 отбиваемой породы или на 1 п. м. выработки заданного сечения. Если поверхность массива обнажена с одной стороны, то заряд должен занимать не более 1/3 глубины шпура и только в исключительных случаях 1/2 глубины шпура. При двух обнаженных плоскостях и длинных шпурах заряд может занимать и более 1/2 глубины шпура. Если в этом случае шпур проведен параллельно обнаженной плоскости массива, то длина остающейся не занятой зарядом части шпура должна быть не более длины линии наименьшего сопротивления.

Патроны (в количестве, отвечающем определенному заранее весу заряда) опускаются в шпур по одному и досылаются до дна шпура деревянным забойником. При заряжании мокрых шпуров взрывчатым веществом, боящимся воды, весь заряд помещают предварительно в чехол из водонепроницаемого материала и затем вводят в шпур целиком. Диаметр шпура д. б. немного больше диаметра патронов, чтобы избежать сильного трения последних о стенки шпура. Если шпур заряжается пластичным взрывчатым веществом, например, гремучим студнем, то патроны его, после введения в шпур, раздавливают там нажатием забойника для заполнения всех неровностей шпура. Для обеспечения полной детонации заряда лишняя оболочка патронов на концах их д. б., по возможности, удалена. При применении взрывчатого вещества в рассыпном виде, его насыпают в шпуры (отвесные и круто падающие) через воронку. Перед заряжанием шпуров необходимо убедиться в доброкачественности применяемого взрывчатого вещества; это особенно важно в отношении высокопроцентных сортов динамита, способных к эксудации и замерзанию при низкой температуре, что может служить причиной преждевременного взрыва заряда при заряжании. В холодное время года необходимо дать динамиту предварительно оттаять в особых помещениях, а для предохранения его от замерзания во время переноски к месту взрывных работ он должен помещаться в особые переносные сосуды с двойными стенками, между которыми наливается нагретая до 50—60° вода или легкоплавкий состав (термофоры). Когда весь заряд помещен в шпур, поверх него кладут патрон-пальник (фиг. 3), т. е. патрон, снабженный детонатором с присоединенной к нему затравкой.

Патрон-пальник

Если в качестве затравки применяется бикфордов шнур, то берется кусок его такой длины, чтобы он, по крайней мере, на 20 см выходил из шпура: это дает запальщику время удалиться в безопасное место после воспламенения затравки. На свежеобрезанный конец шнура надевают детонатор, верхнюю часть которого обжимают потом при помощи особых щипцов, для того чтобы шнур не мог из него выскочить. Другой конец шнура обрезают наискось для более легкого зажигания. При применении электрических пальников они присоединяются к детонаторам свободными концами (пробка д. б. вынута), как и шнур. Снаряженный т. о. детонатор погружается в патрон взрывчатого вещества на 2/3 своей длины и закрепляется в нем путем обвязывания свободных концов оболочки патрона вокруг затравки. При применении пороха затравка может быть присоединена к патрону-пальнику без детонатора. Если применяют взрывчатое вещество с небольшой способностью детонации, то иногда для патрона-пальника берут другое взрывчатое вещество с более сильными детонирующими свойствами. Снаряжение патрона-пальника производится непосредственно перед заряжанием шпура. Заготовленный патрон-пальник вводят в шпур забойником так, чтобы затравка (или провода пальника) помещалась в его кольцевой выемке. Рекомендуется, особенно при заряжании восстающих шпуров, вводить патрон-пальник в шпур вместе с куском глины или с пыжом из войлока, бумаги и т. п. поверх патрона-пальника. При глубоких шпурах, заряжаемых большими (длинными) зарядами, патрон-пальник помещают иногда не сверху заряда, а в середине его, чтобы ускорить процесс детонации всего заряда, так как в этом случае взрыв распространяется в шпуре одновременно в двух направлениях.

Заряженный полностью шпур заполняют поверх заряда забойкой из глины, песка или каменной пыли (или воды, если заряд допускает присутствие ее в шпуре). Первые порции забойки вводят в шпур осторожно, лишь слегка придавливая их забойником, чтобы не повредить патрона-пальника; последующие же слои забивают с возрастающей силой. Устье шпура забивают иногда поверх, забойки деревянной пробкой.

В последние годы широкое распространение получил метод заряжания шпуров с пустотой (Hohlraumschiessverfahren), при котором во взрывной камере шпура между зарядом и забойкой или между патронами (последнее менее рационально) оставляют незаполненное пространство, помещая поверх заряда (или между патронами) пустые бумажные гильзы или распорки из твердого материала. Пустота, наконец, может тянуться вдоль всего заряда, если патроны имеют меньший диаметр по сравнению со шпуром. При таком способе продукты взрыва, проникая в пустоту, будут в начальный момент детонации несколько расширяться; поэтому давление их во взрывной камере будет нарастать постепенно, и удар взрывной волны о стенки шпура будет задержан до полной детонации заряда. Действие взрыва бризантных взрывчатых веществ при этом приближается к фугасному действию, что способствует увеличению объема отбиваемой породы и размеров ее кусков. Этот способ паления оказался особенно выгодным при отбойке антрацита и при разработке карьеров. Наивыгоднейший объем оставляемой в шпуре пустоты зависит от скорости детонации применяемого взрывчатого вещества, его бризантных свойств и веса заряда. При употреблении слабобризантных взрывчатых веществ и при малом весе заряда (менее 1 кг), пустота во взрывной камере шпура почти не оказывает полезного действия; наоборот - в этом случае можно опасаться неполного взрыва заряда. Таков же эффект действия заряда бризантного взрывчатого вещества. Вместо паления с пустотой того же эффекта можно достигнуть применением сжимающейся забойки из сухой инертной пыли (мелкий песок, каменная пыль, молотый мел и т. п.). Сжимающаяся забойка вводится в шпур или в виде патрона (несколько меньшего диаметра, чем диаметр шпура) или при помощи особых приспособлений - под действием сжатого воздуха или забойника.

Методы заряжания шпуров

На фиг. 4 показаны разные методы заряжания шпуров: А - заряжание с пустотой; В - метод Крускопфа, при котором, вместо обыкновенной забойки, в шпур вводится длинный патрон из несгораемой бумаги, наполненный сухой инертной пылью; С - заряжание с сжимающейся забойкой. Здесь: z - заряд взрывчатого вещества, s - пустота поверх заряда, е - обыкновенная утрамбованная забойка, h - сжимающаяся (рыхлая) забойка из инертной пыли, р - патрон Крускопфа с инертной пылью, w - внешняя забойка, применяемая в выработках, которые содержат много гремучего газа и взрывчатой пыли.

Производство взрывных работ сопряжено со значительными опасностями и требует строгого соблюдения мер предосторожности; поэтому оно должно поручаться только сведущим лицам. После отпалки шпуров запальщик должен выждать не менее 15 минут и лишь потом подходить к месту взрыва. На время отпалки шпуров все лица, находящиеся в районе взрывных работ, должны быть удалены в безопасное место. Плохое качество взрывчатого вещества или детонатора, неисправность затравки, неправильное заряжание шпура и другие причины могут вызвать запаздывание взрыва, неполный взрыв, выгорание заряда, выбрасывание забойки (холостой выпал) или осечку. Во всех этих случаях опасность работ усугубляется. Разбуривать невзорвавшийся или давший неполный взрыв шпур (стакан) воспрещается, так как при этом может последовать взрыв оставшегося невзорванным заряда. Для подрыва такого шпура рядом с ним пробуривают и заряжают новый шпур, при отпалке которого оставшийся ранее невзорванным заряд сдетонирует или будет выброшен вместе с отбитой породой; в последнем случае он будет опять представлять опасность при разборке породы. В выработках, где содержание гремучего газа превышает 1,5% или имеется взрывчатая каменноугольная пыль, взрывные работы запрещаются впредь до надлежащего проветривания выработок, увлажнения или осланцевания пыли (см. Взрыв пыли). При заряжании шпуров в этих условиях необходимо принимать особенно тщательные меры предосторожности: тщательно очищать шпуры от буровой муки, не допускать промежутков между патронами (по возможности применять один патрон), удалять излишнюю оболочку патронов, особенно на их концах, не заряжать один и тот же шпур различными взрывчатыми веществами, применять пистоны достаточной силы (лучше -  тетриловые) и притом только в медной гильзе, следить за качеством применяемого взрывчатого вещества и не употреблять отсыревших или слежавшихся патронов. Нельзя также в этих случаях вводить в шпур горючие вещества (пыжи и т. п.).

Кроме горного дела взрывные работы находят применение и в других областях: в военном деле, в лесном и сельском хозяйствах, при постройке дорог и т. п. В этих случаях заряды обычно закладывают, как и в горном деле, в буровых скважинах, проводимых в почве при помощи буров (сверл). Чаще всего здесь применяют фугасные и приближающиеся к ним слабобризантные взрывчатые вещества.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 3 - 1928 г.