Определение оптимальных параметров БВР при проходке горных выработок на горнодобывающем предприятии расчётным и экспериментальным методом

Б.В. Юсимов, Член Совета директоров ОАО «Союзвзрывпром»; Председатель Совета директоров ООО «ЛБ майнинг»; главный инженер ООО УК «Золотые Проекты»

В 2012 году на одном из горнодобывающих предприятий под управлением ООО УК «Золотые Проекты» при проходке горных выработок с использованием в качестве основного ВВ игданита было отмечено значительное повышение удельного расхода ВВ. Анализ расхода ВМ за I полугодие 2013 года показывает, что при плановом удельном расходе аммиачной селитры при проходке горизонтальных горных выработок с использованием СБУ – 3,6 кг/м3, фактический удельный расход составил 4,3 кг/м3, а в соответствии с отчётом Участка взрывных работ (УВР) за июнь текущего года фактический расход аммиачной селитры при проходке горных выработок составил 4,53 кг/м3. Перерасход аммиачной селитры за 6 месяцев 2012 года составил 12,7 тонны.

С целью определения возможных причин перерасхода ВВ был проведён анализ паспортов БВР, в соответствии с которыми ведутся горнопроходческие работы. На основании этих паспортов определяется количество выдаваемых со склада ВМ по наряд-путёвкам. Основные параметры БВР, указанные в паспортах, приведены в табл. 1.

Принимаемый в паспортах удельный расход определялся исходя из количества зарядов и массы зарядов, которые рассчитываются на основании графического построения расположения шпуров в забое выработки.

Не учитывался общепринятый порядок, когда удельный расход q определяется первоначально по эмпирическим формулам проф. М.М. Протодьяконова или, с учётом типа применяемого ВВ, по упрощённой формуле проф. Н.М. Покровского:

q = q_t e^–1;

где: q_т – табличное значение удельного расхода ВВ для аммонита №6 ЖВ, учитывающее коэффициент крепости пород и сечение выработок, кг/м3; е – относительная работоспособность смесей АС-ДТ, в сравнении с аммонитом №6 ЖВ. В соответствии с данными, приведёнными в работе «Исследование свойств и экспериментальное определение взрывной эффективности простейших смесей АС-ДТ при пневмозаряжании» (Козырев С.А., Власов Е.А., Соколов А.В. Горный институт КНЦ РАН, Сборник «Взрывное Дело» №105/62, 2011 г.), работоспособность смесей АС-ДТ с пористой селитрой отечественного производства, относительно аммонита №6 ЖВ составляет 0,51 (е = 0,51).

Сравнение показателей удельного расхода, определённых по паспортам БВР и эмпирическим путём с учётом сечения выработок, крепости пород и применяемого ВВ, приведено в табл. 2. Таким образом, основной причиной перерасхода аммиачной селитры при проходке горных выработок были некорректно составленные паспорта БВР, в которых закладывались завышенные значения удельного расхода основного ВВ заряда – АС-ДТ и сниженные значения удельного расхода заряда аммонита №6 ЖВ, применяемого в качестве боевика, по сравнению с бюджетными нормами, а также предусматривалось превышение удельного расхода ВВ по сравнению с удельным расходом, определённым эмпирическим путём.

Кроме того, при расчётах конструкции зарядов в паспортах не учитывается фактор затухания детонации в зарядах АС-ДТ диаметром ниже критического (который по данным ряда исследований составляет 80,0 мм для ВВ, изготавливаемых с использованием аммиачной селитры отечественного производства). Общепринятый порядок расчёта и расположения шпуровых зарядов для выработок, проводимых по однородным породам, предусматривает определение параметров размещения оконтуривающих шпуров, исходя из расчётных значений величины Wк (линия наименьшего сопротивления – Л.Н.С.) для шпуров, обуриваемых по контуру выработки, по формуле:

а расстояние между шпурами по контуру выработки – по формуле

a_к = mW_к,

где: Kз – коэффициент заряда; Yш – масса ВВ в 1 м заряда шпура (для смесей АС-ДТ при пневмозаряжании и dшп= 41,0 мм составляет – 1,25 кг; dшп=45,0 мм составляет – 1,51 кг; dшп=51,0 мм составляет – 1,94 кг); q – расчётный удельный расход ВВ, кг/м3; m– коэффициент сближения шпуров.

Расчетное значение Wк для условий предприятия составляет: при dшп=41,0 мм – 0,52 м, при dшп=45,0 мм – 0,54 м, при dшп=51,0 мм – 0,61 м для выработок сечением Sвыр > 10,0 м2 и 0,6 м – при Sвыр < 10,0 м2.

Учитывая, что коэффициент сближения шпуров mпри расчётах принимается 1, расстояние между шпурами по контуру выработки принимается от 0,5 м (при Sвыр < 10,0 м2) до 0,6 м (при Sвыр > 10,0 м2).

Фото 1.

С целью проверки установленной расчётным путем Wк были проведены опытные взрывы одиночных шпуровых зарядов, располагаемых под углом от свободной плоскости (фото 1 и 2). Были пробурены два шпура диаметром d=45 мм, длиной 2,2 м под углом 43° и 35° к свободной поверхности (отлётной плоскости), а также один шпур d=45 мм, длиной 1,9 м под углом 22° и один шпур d=45 мм, длиной 1,8 м под углом 32°. Шпуры заряжались смесью АС-ДТ с коэффициентом наполнения 0,9, в качестве боевиков использовались патроны аммонита №6 ЖВ диаметром 32 мм, инициирование зарядов производилось при помощи неэлектрической системы взрывания СИНВ-Ш.Фото 2.

После взрывов определялись параметры образовавшихся полостей (фото 3).

Фото 3.

После взрывания шпура длиной 2,2 м, с углом заложения по отношению к плоскости обнажения α=43° длина образовавшегося «стакана» составила 0,6 м, а Л.Н.С. – 0,8 м; при угле заложения шпура α=35° и длине 2,2 м «стакан» составил 0,3 м, а Л.Н.С. – 0,8.

При взрывании шпуров длиной 1,9 м при угле заложения α=22°, Л.Н.С. составила – 0,65 м, а длиной 1,8 м, при угле заложения α=32°, Wк составила – 0,8 м.

Таким образом, определенные эмпирическим путём значения Wк (контурной Л.Н.С.) не превышают экспериментально установленных значений и соответственно при составлении паспортов БВР вполне допустимо расстояние между контурными шпурами от 0,5 до 0,8 м. Принимаемое в паспортах значение 0,6–0,7 м вполне обоснованно.

Вместе с тем при производстве опытных взрывов было установлено, что шпуровой заряд АС-ДТ не полностью срабатывает, т.е. происходит затухание детонации в колонке заряда, что заметно по следам бризантного воздействия на стенку шпура в той части заряда, в которой детонация была устойчивой, и по отсутствию следов бризантного воздействия в той части шпура, где происходило затухание детонации и соответственно заряд ВВ не был эффективным (фото 4).

Фото 4.

Результаты измерения показали, что длина шпура, не имеющего следов детонационного воздействия, составляла 1,0 м, как в шпурах длиной 1,8 м, так и в шпурах длиной 1,9 м.

Но условия работы зарядов не позволяли эффективно и корректно определить расстояние затухания детонационной волны в шпурах диаметром 45,0 мм, так как наклон шпура к отлётной плоскости приводил к разрушению канала заряда по мере продвижения детонационной волны к устью и соответственно к снижению Л.Н.С.

С целью уточнения параметров затухания детонации в зависимости от мощности исходного детонационного импульса и диаметра заряда были проведены взрывы бетонных блоков размером 2,5|0,6|0,6 м, с имитацией канала шпура диаметром 45,0 мм и 55,0 мм (фото 5).

Фото 5.

Ввиду невозможности использования электронных приспособлений для измерения параметров детонации в канале шпура в качестве «свидетелей» наличия детонационной волны использовались отрезки детонирующего шнура (ДШ) длиной 10–12м, которые были введены в канал заряда через определённые промежутки от боевика к устью. На концах отрезков ДШ закреплялись флажки, на которых указывались номера отрезков и номер блока.

Фото 6.

Так, в блоке №1 (фото 6) был сформирован канал, имитирующий шпур длиной 2,4 м, диаметром 45,0 мм, с тремя отрезками ДШ, введёнными на расстоянии 0,43 м – отрезок №3 от места размещения боевика, отрезок №2 – на расстоянии 1,03 м, №3 – на расстоянии 1,8 м. В качестве боевика использовался детонатор промежуточный малогабаритный ступенчатый (ДПМС). Заряжание основного заряда АС-ДТ производилось при помощи пневмозарядчика РПЗ-0,6.

Фото 7.

В блоке №2 (фото 7) был сформирован канал, имитирующий шпур длиной 2,5 м, диаметром 55,0 мм, с отрезками ДШ (свидетелями), введёнными на расстоянии 0,71 м – отрезок №3 от места размещения боевика, отрезок №2 – на расстоянии 1,12 м, отрезок №3 – на расстоянии 1,52 м, и отрезок №4, размещённый в канале ствола на расстоянии 0,5 м от устья шпура. В качестве боевика использовался патрон аммонита №6 ЖВ диаметром 32 мм.

Заряжание основного заряда АС-ДТ также производилось при помощи пневмозарядчика РПЗ-0,6.

По результатам взрывания бетонных блоков было определено, что в блоке №1 детонационный импульс не был передан отрезку ДШ №1, который находился на расстоянии 1,8 м от боевика. Таким образом, экспериментально подтверждается вывод о том, что при инициировании заряда АС-ДТ диаметром 45,0 мм, при помощи ДПМС происходит затухание детонации на промежутке от 1,03 м до 1,8 м от места инициирования.

Вместе с тем при взрывании блока №2, сработали все «свидетели», в том числе и устьевой. Таким образом, подтверждается, что при инициировании заряда АС-ДТ диаметром 55,0 мм при помощи патрона аммонита №6 ЖВ детонационный импульс не затухает на расстоянии более 1,5 м и до 2,0 м от боевика, что позволяет использовать заряды АС-ДТ длиной до 2,0–2,2 м диаметром 51,0 мм, при условии инициирования их патроном аммонита №6 ЖВ.

По результатам проведённых исследований на предприятии были приняты следующие технические решения: 1. Прекращено использование ДПМС для инициирования шпуровых зарядов при машинной проходке горизонтальных горных выработок, этот способ инициирования зарядов АС-ДТ применяется только в шпурах ручного бурения с длиной заряда не более 1,6 м.

2. При утверждении норм расхода ВВ была учтена зависимость норм от сечения выработок и принят за основу для нормирования расхода и разработки паспортов удельный расход, определяемый эмпирическим (расчетным) и подтверждённый опытным путём, в том числе:

при проходке горизонтальных и наклонных горных выработок в породах крепостью от 16 и выше по шкале проф. М.М. Протодьяконова и сечением до 10,0 м2 – 4,3 кг/м3, в том числе:
аммонит №6 ЖВ (d=32,0 мм) в качестве боевика – 0,42 кг/м3,
аммиачная селитра (как компонент АС-ДТ) – 3,7 кг/м3,
дизельное топливо (как компонент АС-ДТ) – 0,23 кг/м3;
при проходке горизонтальных и наклонных горных выработок в породах крепостью от 16 и выше по шкале проф. М.М. Протодьяконова и сечением более 10,0 м2 – 4,2 кг/м3, в том числе:
аммонит №6 ЖВ (d=32,0 мм) в качестве боевика – 0,4 кг/м3,
аммиачная селитра (как компонент АС-ДТ) – 3,6 кг/м3,
дизельное топливо (как компонент АС-ДТ) – 0,21 кг/м3.

Дополнительную информацию по интересующим Вас вопросам можно получить отправив запрос по e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.