Способы и средства подрыва зарядов при ведении горных работ

 

Принцип устройства боевых зарядов

 

ВВ все без исключения обладают огромной работоспособностью и в этом плане весьма полезные для человека, но, к сожалению, их мощь используется по большей части ему во вред. Вся история человечества - это поиск наиболее эффективных средств для самоуничтожения, и в этом оно достигло заметных успехов.

Все ВВ имеют тот общий недостаток, что их применение требует особых мер предосторожности, особенно обладающих высокой чувствительностью. К счастью, она не одинаковая у разных ВВ и на этом основана технология их дифференцированного применения, как в боевом, так и промышленном применении.

Технология применения ВВ всюду имеет общий принцип. По назначению во взрывных устройствах ВВ делятся на два типа рабочие и инициирующие. Задача первых основная – выполнить полезную работу, а вторых – инициировать (заставить) флегматичных (низкочувствительных), но обладающих большой работоспособностью ВВ взорваться. Необходимость применения такого устройства зарядов связана с техникой безопасности. Для инициирования не требуется большой массы чувствительного ВВ, а большая масса рабочего ВВ в силу невысокой чувствительности сама по себе не представляет особой опасности. Более того, чтобы свести риск к минимальному, применяется взрывная цепь с двумя инициирующими ВВ: первичными, которые, обладая наибольшей чувствительностью и наименьшей массой (гремучая ртуть, азид свинца), взрываются первыми и вторичными (тен, гексаген, тетрил), которые, получая импульс от первых, передают его заряду рабочего ВВ (порох, аммониты, динамиты, тротил и др.). Вся эта цепочка, соединенная последовательно, представляет собой боевой патрон, при этом часть его с инициирующими веществами называется капсюль–детонатором. В горном деле патроны–боевики изготовляются непосредственно на месте взрыва, капсюль-детонаторы и рабочие ВВ хранятся врозь.

 

Способы подрыва боевых зарядов

 

Подрыв боевых зарядов сопряжен с немалым риском, поэтому технология этой части БВР уделяется большое внимание. Существует три основных способа подрыва зарядов – огневой, электрический, детонация. Выбор того или иного из них обусловлен с одной стороны доступностью средств взрывания, а с другой – условиями и требованиями техники безопасности.

Огневой способ наиболее простой в исполнении и дешевый. Недостатками являются относительная опасность (нахождение взрывника непосредственно на месте производства взрыва), невозможность проверки качества подготовки взрыва, затрудненность взрывания групп зарядов. Не исключен преждевременный подбой одного заряда другим. По требованиям техники безопасности огневой способ нельзя применять в вертикальных и крутонаклонных горных выработках и в любых выработках опасных по газу и пыли, по нефтепродуктам.

Электрический способ не имеет ограничений, самый безопасный, количество подрываемых зарядов не ограничено. Но он более сложный и дорогой, требует применения специального оборудования и расчета сопротивления и тока цепи.

Детонирующий способ не получил широкого распространения при ведении горных работ, но его можно применять в принципе в любых условиях (для выработок опасных по газу и пыли применяются специальные – предохранительные детонирующие шнуры).

Средства взрывания

 

К средствам взрывания относят:

1/ при огневом взрывании - огнепроводный шнур, средства его поджигания и капсюли-детонаторы;

2/ при электрическом - электропроводный шнур, источники тока и капсюли-электродетонаторы.

3/ при детонирующем - детонирующий шнур и средства его инициирования (капсюль- или электродетонатор).

Огнепроводный шнур и средства поджигания.

Огнепроводный шнур представляет собою сердцевину из дымного пороха с центральной направляющей нитью я оплеток, покрытых или пропитанных влагонепроницаемой или водонепроницаемой массой (рис. 18). Для взрывания под водой шнур выпускается в гуттаперчевой или хлорвиниловой изоляции.

По скорости горения огнепроводный шнур разделяется на: нормально горящий со скоростью горение 1 см/сек, цвет оплетки серый, и замедленно горящий - со скоростью горения 0,5 см/сек./отличительный цвет оплетки - желтый/. Огнепроводный шнур служит для передачи снопа искр инициирующему ВВ, расположенному в капсюля-детонаторе.

Огнепроводный шнур поджигают с помощью тлеющего зажигательного фитиля или зажигательной свечи. Для одновременного группового поджигания большого числа отрезков огнепроводного шнура применяют зажигательные патрончики. Такие патрончики, рассчитанные на одновременное поджигание до 30-37 отрезков шнура, могут воспламеняться или с помощью короткого отрезка шнура или с помощью электровоспламенителя.

Детонирующий шнур.

Детонирующий шнур предназначается для передачи детонации к зарядам промышленных ВВ.

Все промышленные ВВ достаточно надежно взрываются от детонирующего шнура и не требуют, в этом случае, применения капсюлей-детонаторов в шпурах. Сам шнур детонирует от взрыва капсюля-детонатора или электродетонатора. Детонирует он с большой скоростью /порядка 7000 м/сек/, что обеспечивает одновременность взрыва большого числа зарядов ВВ.

Детонирующий шнур состоит из нескольких оплеток, покрытых мастикой или пластикатом, и сердцевины высокобризантного ВВ /тэн. гексоген/ с двумя направляющими нитями красного цвета или изоляцию красного цвета. Детонирующий шнур обычный /ДША также, как и огнепроводный, запрещается применять в выработках, опасных по газу или пыли. Для названных условий разрешается применять только предохранительнные водостойкие детонирующие шнуры марок ДШП-1 и ДШП-2.

Детонирующий шнур сравнительно безопасен, его можно резать острым ножом на части, загорается он с большим трудом и горит спокойно без вспышек. Однако зажигать отрезки длиной более 10-12 см не разрешается, так как горение может перейти во взрыв. Резать шнур разрешается только на деревянной доске на расстоянии не менее 10 м от взрывчатых веществ.

Капсюли-детонаторы и электродетонаторы.

В принципе, электродетонатор от обычного калсюля-детонатора отличается только наличием электровоспламенителем и, в случае электродетонатора замедленного действия, наличием замедляющего состава. Назначение их одно и то же.

Капсюль-детонатор. Капсюль-детонатор, используемый для детонирования основного заряда ВВ, представляет собой заряд первичного и вторичного инициирующего взрывчатого вещества, запрессованных в медную, латунную, алюминиевую или бумажную гильзу (рис. 20).

В качестве первичного инициатора используют гремучую ртуть или азид свинца. В первом случае материал гильзы должен быть бумажным, медным или латунным (в марке детонатор буквы Б или М). Во втором случае - бумажным или алюминиевым (в марке детонатора буквы Б или А). Для большей надежности взрыва азидных детонаторов, их заряд первичного инициатора обволакивается небольшой добавкой тенереса.

В качестве вторичного инициатора, помещаемого в нижнюю часть гильзы, используют тетрил, тен, гексаген. В торцевой части вторичного инициатора вырабатывается кумулятивная выемка. Верхняя часть гильзы остается незаполненной для вставки туда конца отрезка огнепроводного шнура.

Капсюли-детонаторы необходимо оберегать от увлажнения, кроме того, их нельзя ронять, подвергать даже легким ударам, нагреванию. Под действием прямых солнечных лучей они резко повышают свою чувствительность к внешним воздействиям. В выработках опасных по газу или пыли капсюли - Детонаторы как и огневое взрывание недопустимы.

Выпускаются они только мгновенного действия. Необходимая последовательность взрыва шпуровых зарядов ВВ достигается или же отрезками шнура разной длинны, или же определенной последовательностью поджигания.

Капсюли- детонаторы выпускаются только гремучертутнотетриловые №8 и азидотетриловые № 8.

Электродетонатором называют приспособление, которое преобразует электрическую энергию в тепловую, вызывая при этом вспышку воспламеняющего состава, инициирующего взрыв рабочего ВВ (рис. 21).

Мостик накаливания, представленный константановым или нихромовым проводом 30-50 м, окружен легковоспламеняющимся составом в виде твердой капля. В качестве такого состава применяется смесь из 46% бертолетовой соли, 28% роданистого свинца и 26% столярного клея. Концы мостика, через детонаторные проводники диаметром 0,5 мм и длиною от 1,5 до 2,5 м, выведены наружу. Электровоспламенитель в дульце детонатора закреплен влагоизолирующей мастикой или пластиковой пробкой.

Электродетонаторы требуют осторожного обращения, тянуть за проводники иди создавать на них любую иную механическую нагрузку - нельзя. Они бывают мгновенного (ЭД) замедленного (ЭД-ЗД) и короткозамедленного действия (ЭД-КЗ).

Электродетонаторы замедленного действия между электровоспламенителем и первичным инициатором имеют дистанционную трубочку с замедлителем /смесь перекиси бария, калийной селитры и идитола/. Величина времени замедления, равная у различных электродетонаторов от 0,5 сек до 10 сек, зависит от длины дистанционной трубки.

Электродетонаторы мгновенного действия разрешается применять на любых работах, Электродетонаторы замедленного действия - также, кроме выработок, опасных по газу или пыли, где применение их запрещено в самой категорической форме.

Электродетонаторы короткозамедленного действия между электровоспламенителем и первичным инициатором содержат замедлитель, состоящий из смеси свинцового сурика, силикокальция и ферросилиция. Величина времени замедления, равная у различных злектродетонаторов от 25 до 250 мсек (с интервалам от 25 до 100 мсек), зависит от длины замедляющего состава.

Электродетонаторы короткозамедленного действия могут применяться при любых видах взрывных работ, в т.ч. и в выработках опасных по газу и пыли. При применении короткозамедленных детонаторов повышается коэффициент использования шпуров; кроме того, отмечается более мелкое и равномерное дробление породы, более равномерный (кучный) отброс породы, уменьшается сейсмичность взрыва и расход ВВ.

В шахтах опасных по газу или пыли (за исключением пластов, подверженных внезапным выбросам) электродетонаторы короткозамедленного действия, с применением электродетонатораЭД-8-56 в качестве нулевого замедления, могут применяться при условии, что общий период замедления не будет превышать:

А) в угольных забоях - 120 мсек, взрывание за один прием;

Б) в смешанных забоях по породе - 120 мсек, взрывание не более, чем в два приема;

В) в чисто породных забоях - 170 мсек, количество приемов взрывания не ограничивается.

Проводники электрического тока.

Для передачи электрического тока от источника тока к детонаторам применяют изолированные медные и реже - алюминиевые проводники.

В зависимости от назначения проводники навиваются детонаторными, соединительными и магистральными. Сечение детонаторных проводников равно 0,20 мм2 , диаметр - 0,5 мм. В качестве соединительных и магистральных проводников применяются провода сечением 0,75+1,50 мм2 , диаметр – 1,0-1,5 мм. Применять проводники с хлопчатобумажной изоляцией разрешается только в сухих местах; во влажных или мокрых выработках применяются проводники только с непроницаемой резиновой и виниловое изоляцией.

Система всех проводников и электродетонаторов, соединенных между собою в определенной последовательности, называется электровзрывной сетью.

Источники тока и контрольно-измерительные приборы.

В качестве источников тока в горнорудной промышленности могут использоваться батарей сухих элементов и аккумуляторов, силовые и осветительные магистрали постоянно я переменного электрического тока, взрывные машинки.

В практике проходки горно-разведочных выработок взрывными машинкам следует отдать предпочтение, так как они удобна в пользовании и надежны в работе. На месте производства, взрывных работ промышленного электрического тока может не быть и тогда роль машинки еще более возрастает. Взрывные машинки бывают двух основных типов: динамо-электрические и конденсаторные.

Динамо-электрические машинки состоят из портативного электрогенератора постоянного тока, приводного механизма рукояткой или ключом, контактного приспособления и зажимов; для присоединения к машине магистральных проводов взрывной сети. Примером таких машинок могут быть машинки ПМ-1 , ПМ-2 и ВМ-10. Все они могут быть допущены для любых работ, кроме выработок опасных по газу или пяти.

Однако, более широкое распространение получили конденсаторные машинки, как более мощные и обладающие меньшим весом. Работают они по принципу накопления заряда на конденсаторе и мгновенного разряда. По принципу питания (зарядки) конденсатора подразделяются на индукторные, аккумуляторные и батарейные. Машинки этого типа выпускаются, как в обычном исполнении, так и во взрывобезопасном. Последние можно использовать на любых работах, в том числе и выработках, опасных по газу или пыли.

Из машинок конденсаторных наиболее широкое применение получила машинка ВМК-3/50 . Эта машинка выпускается во взрывобезопасном исполнении, а ее мощность вполне достаточна для производства взрывных работ в любых разведочных выработках. Одним из необходимых условий безотказности взрыва является следующее: фактическая величина сопротивления взрывной сети не должна превышать предельной величины, указанной в характеристике взрывной машинки. Электроизмерительные приборы при электровзрывании пользуется для проверки электродетонаторов, их подбора по сопротивлению, для проверки целостности взрывной сети и определения ее сопротивления. Основные из них: линейный взрывной мостик ЛШ-48, малый омметр и взрывной испытатель ВИО-3.

Расчет взрывной цепи

 

Смысл расчета взрывной цепи сводится к обеспечению условий для производства взрыва при соблюдении мер безопасности

Огневой способ.

Расчет сводится к определению длины отрезков огнепроводного шпура в каждом шпуре и в последовательности их поджигания, в выборе средств поджигания.

Взрывание шпуров огневым способом состоит из следующих последовательно проводимых операций: изготовления зажигательных трубок, изготовления патронов-боевиков, заряжания шпуров, забойки шпуров и зажигания огнепроводных шнуров (рис. 22). По соображениям техники безопасности минимально-допустимая длина отрезка огнепроводного шнура должна быть не короче 1 м. Зажигательная трубка представляет собой капсюль-детонатор с введенным в него отрезком огнепроводного шнура. Патрон-боевик это патрон ВВ с зажигательной трубкой.

Расчет длины огнепроводного шнура:

Длина отрезка огнепроводного шнура равна

l заб + 15 см, где l заб – длина забойки.

Общая длина отрезка огнепроводного шнура не может быть менее 100 см.

Длина отрезка огнепроводного шнура за пределами шпура не может быть менее 15 см.

Необходимая очередность взрыва зарядов ВВ достигается изменением длины отрезков ОШ в зажигательных трубках или последовательностью их зажигания.

Зажигание группы шнуров в забое осуществляют отрезком ОШ, имеющим надрезы через 5—6 см; тлеющим фитилем из льняных или хлопчато-бумажных нитей, пропитанных раствором калиевой селитры; зажигательной свечой (бумажная гильза, наполненная с одной стороны горючим составом) общим временем горения 1, 2 и 3 мин или зажигательным патроном.

Взрывнику за одну "отпалку" разрешается поджигать не более 16 отрезков огнепроводного шнура. Если при этом используются зажигательные или электровоспламенительные патрончики, то количество одновременно поджигаемых отрезков от одного патрончика может быть доведено до 30-37. Правилами техники безопасности разрешается поджигать одновременно не более 6 зажигательных патрончиков. Максимальное число отрезков шнура в этом случае будет достигать 37 * 6 = 222. Способ с использованием электровоспламенительных патрончиков получил название электро-огневого способа взрывания шпуров.

Электрический способ.

Электрический способ взрывания может применяться в любых выработках, причем количество одновременно взрываемых шпуров не ограничивается, необходимо выбрать только более мощный источник тока. Способ этот несколько сложнее огневого, требует применения специального оборудования, но зато он и значительно безопаснее других.

Радиус опасной зоны при шпуровых взрывах должен быть не менее 200 м. Взрывник, производя с помощью машинки взрыв, находится от него на указанном расстоянии. Согласно Правилам техники безопасности, все электродетонаторы, взрываемые в одной сети, должны отбираться на одной коробки и иметь одинаковые сопротивления мостика накаливания и одинаковую величину гарантийного тока. Выше уже говорилось о необходимости расчета и качественного монтажа взрыва со всеми необходимыми замерами и проверками.

Расчет цепи сводится к определению таких ее параметров как сопротивление и величина силы тока. При использовании взрывных машинок отправными параметрами для расчета служат характеристики машинки – напряжение воспламенительного импульса и предельное сопротивление. Поэтому вначале выбирается машинка, а потом рассчитывается цепь по сопротивлению и току. Величина тока обратно пропорциональна сопротивлению цепи и должна быть не менее величины гарантийного тока электродетонатора, рассчитанного на определенную силу, которая обеспечит безотказное срабатывание воспламенительной смеси в электродетонаторе.

Чаще всего применяется схема последовательного соединения элементов цепи (рис. 23). При этом общее ее сопротивление будет складываться из сопротивления всех электродетонаторов и сопротивления электропроводов. Количество электродетонаторов равно количеству шпуров взрываемых за одну заходку. Сопротивление проводов рассчитывается как произведение длины провода на их удельное сопротивление Характеристики детонаторов и провода находятся в справочной литературе. Для передачи электрического тока от источника тока к детонаторам применяют изолированные медные и реже - алюминиевые проводники.

В зависимости от назначения применяются провода детонаторные, соединительные и магистральные. Сечение детонаторных проводников равно 0,20 мм2 /d(-0,5 мм/. В качестве соединительных и магистральных проводников применяются провода сечением 0,75+1,50 мм2 / d =0,98:1,38 мм/. Применять проводники с хлопчатобумажной изоляцией разрешается только в сухих местах; во влажных или мокрых выработках применяются проводники только с непроницаемой резиновой и виниловой изоляцией. Длина магистрального провода равна удвоенному безопасному расстоянию от объекта - 400 м. Длина соединительных проводов равна сумме расстояний между шпурами на забое. Длина детонаторных проводов равна суммарной длине шпуров увеличенной на длину отрезка, который выходит на поверхность (15-20см) над каждым шпуром. Удельное сопротивление проводов может быть разным в зависимости от материала и сечения.

Величина тока в цепи равно отношению величины воспламенительного импульса машинки к величине общего сопротивления цепи. В итоге расчета делается вывод о возможности применения выбранной машинки. Если она не обеспечивает величину требуемого тока, выбирают другие машинки и снова производят расчет по той же схеме до получения требуемой величины тока. Если сила тока в сети будет значительно превышать гарантийную силу тока каждого детонатора, то следует выбрать менее мощную машинку. Можно остановить свой выбор и на прежней машинке, но тогда в сеть желательно включить последовательно "гасящее" сопротивление.

Расчет сопротивления взрывной цепи для последовательного соединения:

•   Общее сопротивление цепи (Rобщ)

Rобщ = Rм + Rс +n Rд , где

•   Rм - сопротивление магистральных проводов;

•   Rс - сопротивление соединительных проводов;

•   n Rд – сопротивление всех электродетонаторов

•   Сопротивление проводов

R = ρ l/S , где

ρ – удельное сопротивление провода;

l – длина провода, м;

S – сечение провода

•   Сила тока

I = U/Rобщ , где

•   I – сила тока (не менее 1-2,5 а)

Расчет сопротивления взрывной цепи для параллельного соединения (рис. 24)

•   Общее сопротивление цепи (Rобщ)

Rобщ = Rм + Rс + Rд/n , где

•   Rм - сопротивление магистральных проводов;

•   Rс - сопротивление соединительных проводов;

•   Rд/n – сопротивление всех электродетонаторов и концевых проводов.

•   Условие безотказного взрывания

I д > I г

I г (гарантийный ток срабатывания электродетонатора) не менее - 1,0 – 2,5 а

Разница между фактической силой тока в сети и расчетной (особенно для конденсаторных машинок) всегда будет иметь место. Но она будет наименьшей, если сопротивление равно или близко значению величины наружного сопротивления.

Все электродетонаторы должны тщательно подбираться по сопротивлению мостика накаливания и величине гарантийного тока. При изготовлении сростков обязательным условием является хорошая зачистка, плотное скручивание и качественная изоляция сращиваемых концов проводников.

Безотказность взрыва и безопасность работ могут быть гарантированы только в том случае, если сеть будет правильно рассчитана и правильно смонтирована.

Детонирующий способ.

Взрывание детонирующим шнуром при проходке горноразведочных выработок имеет ограниченное распространение. Но при взрывании скважинных и камерных зарядов, зарядка и забойка которых стали совершенно безопасными и не требуют сложных мер предосторожности, столь необходимых при наличии в заряде детонаторов, взрывание детонирующим шнуром получило исключительное распространение. Этот метод широко используется и при необходимости одновременного взрыва большого числа зарядов ВВ.

Шнур можно резать ножом на куски требуемой длины до введения его в заряд или боевик. После введения шнура в заряд или боевик резка его запрещается. Для сращивания отрезков детонирующего шнура применяются два вида соединений: накладной сросток и морской узел. Конец вводимого в заряд ДШ необходимо завязывать в два-три обычных узла с тем, чтобы увеличить весовое количество ВВ в заряде. Вместо узлов можно складывать конец шнура в две-три линии и туго обвязать места соединений изоляционной тесьмой или шпагатом. Для присоединения отрезка шнура к магистрали методом накладного сростка нужно выполнить то же условие, кроме того, нужно, чтобы присоединяемый отрезок отходил от магистрали по направлению развития детонации, а не наоборот, иначе возможны отказы в передаче детонации.

Предельную длину магистральной линии детонирующего шнура рекомендуется брать не более 50 м, а приращенные к ней отрезки делать не более 15+25 м. При необходимости применения магистральной линии большей длины сростки нужно выполнять более тщательно. Угол изгиба шнура должен быть не менее 90°. Детонация шнура вызывается капсюлем-детонатором при огневом взрывании или электродетонатором при электричеством взрывании. Соединение детонирующего шнура с детонатором должно производиться по типу накладного сростка на расстояния 10-15 см, от конца отрезка шнура.

Все основные данные о проходческих работах приводятся в паспорте буровзрывных работ. Паспортом буровзрывных работ (БВР) называют инструктивную карту (технический документ), определяющую основные параметры взрыва: число, направление и глубину шпуров, массу зарядов и последовательность их взрывания, схему и расчет электровзрывной сети, материал и размер забойки, указания о месте укрытия взрывников и рабочих, продолжительность проветривания забоя горной выработки после взрыва, меры техники безопасности. Паспорт БВР определяет порядок выполнения взрывных работ. К паспорту БВР прикладывается схема расположения шпуров на забое горной выработки.

Паспорт буровзрывных работ.

1  Тип выработки

2  Площадь сечения выработки        

3  Длина выработки

4  Категория пород

5  Коэффициент крепости

6  Тип вруба

7  Общее количество шпуров

    - в т.ч. врубовых

    - вспомогательных

    - оконтуривающих

8  Угол наклона врубовых шпуров к плоскости забоя

9  Глубина шпуров:

    - врубовых

    - вспомогательных

    - оконтуривающих

10 Длина шпуров:

    - врубовых

    - вспомогательных

    - оконтуривающих

11 Длина заходки

12 Количество заходок на всю выработку

13 Коэффициент использования шпуров

14 Взрывчатое вещество

15 Средства взрывания:

    - электродетонаторы

    - проводники

16 Способ взрывания

17 Источник тока

18 Расход ВВ

    - на одну заходку

    - на всю выработку

19 Расход СВ

    - на одну заходку:

    - на всю выработку:

20 Величина заряда

    - в каждом врубовом шпуре

    - в каждом вспомогательном шпуре

    - в каждом отбойном шпуре

21 Расход СВ

    - в каждом врубовом шпуре

    - в каждом вспомогательном шпуре

    - в каждом отбойном шпуре

22 Длина зарядки

    - в каждом врубовом шпуре

    - в каждом вспомогательном шпуре

    - в каждом отбойном шпуре

23 Длина забойки

    - в каждом врубовом шпуре

    - в каждом вспомогательном шпуре

    - в каждом отбойном шпуре