Введение
Внедрение усовершенствований в буровзрывные работы, несмотря на их явные технологические выгоды, влечет за собой ряд существенных отрицательных аспектов [1, 2].
Одной из ключевых проблем в технологии буровзрывных работ остается нарушение очередности срабатывания скважинных зарядов. При этом основной причиной считается отклонение фактического времени срабатывания неэлектрических систем инициирования от номинальных значений [3, 4]. Однако исследования [5–10] демонстрируют, что на очередность срабатывания скважинных зарядов могут существенно повлиять также другие факторы, а именно: воздействие волн напряжений от соседних скважинных зарядов (деформируют среду изменяя условия инициирования); наличие водоносных горизонтов (вызывают гидравлические удары, кавитацию). Указанные факторы в большей степени относятся к эмульсионным взрывчатым веществам (ЭВВ), так как, согласно исследованиям [11–14], ЭВВ проявляют повышенную чувствительность ко внешним механическим воздействиям по сравнению с простейшими взрывчатыми веществами, что обусловлено особенностями их физикохимической структуры.
Все перечисленные факторы могут приводить к нарушению заданной последовательности инициирования скважинных зарядов, что, в свою очередь, обуславливает снижение эффективности дробления горной массы, увеличение разлета осколков взорванной горной массы и усиление сейсмического воздействия на окружающие объекты [15–19].
В процессе анализа литературных источников и результатов наблюдений массовых взрывов на угольных разрезах Хабаровского края были выявлены факты существенных нарушений последовательности срабатывания скважинных зарядов и предложены мероприятия по снижению рисков соответствующего негативного явления.
Материалы и методы
За период 2023–2024 гг. сотрудниками ИГД ДВО РАН зафиксирован ряд взрывов с нарушением очередности установленной схемой монтажа взрывной сети, при ведении взрывных работ с применением неэлектрических систем инициирования (НСИ) на разрезах Буреинский и Правобережный (фото 1), а также на разных карьерах Дальнего Востока (фото 2), с конструкцией заряда, включающей ЭВВ и эмульсионный промежуточный детонатор (ПД).
Для фиксации опережающего срабатывания скважинных зарядов применяли квадрокоптер Autel Robotics Evo II Pro V3 (рис. 1). Съемка ускоренного видео производится с разрешением 1920 х 1080 с частотой 120 к/сек.
Фото 1. Динамика взрыва блока № 37, гор. 385 на разрезе Буреинский, июль 2023 года.
Photo 1. The explosion dynamics of block № 37, mountain 385 at the Bureinsky section, July 2023.
Фото 2. Динамика взрыва блока № 38, гор. 520 на Маломырском руднике, май 2024 года.
Photo 2. The explosion dynamics of block № 38, mountain 520 at the Malomyrsky rudnik section, May 2024.
По факту видеофиксации массового взрыва производили обработку видеоматериала с помощью программы MovaviVideoSuit-22, где время между стоп-кадрами составило 8,33 мс.
Одним из факторов опережающего срабатывания скважинных зарядов предположительно может являться погрешность во времени срабатывания капсюлей детонаторов [15]. Для проверки данного фактора были произведены измерения времени срабатывания капсюлей детонаторов НСИ, использованных при производствах массовых взрывов.
Измерения производили при помощи прибора ИВИ-4 производства КТБ «Интервал» г. Новосибирска. На испытательном полигоне карьера (разреза) устанавливали финишный (световой) датчик (фото 3) в коробку, исключающую проникновение света, с одной стороны, и стартовый датчик (фото 4) – с другой. Далее отходили на безопасное расстояние и производили инициирование посредством стартового устройства.
Анализ данных, представленных в таблице, указывает на потенциальную корреляцию между погрешностью времени срабатывания детонаторов НСИ и нарушением последовательности инициирования скважинных зарядов. В целях нивелирования влияния погрешности времени срабатывания детонаторов на последующих экспериментах были применены электронные детонаторы. Тем не менее данная мера не способствовала устранению выявленного негативного эффекта нарушения последовательности взрывания зарядов. Поэтому на основании проведенных исследований выдвинута гипотеза о том, что возможной причиной нарушения очередности взрывания скважинных зарядов является воздействие взрывной волны на эмульсионный ПД, через определенный горизонт массива горных пород (прослойки угля, водоносные горизонты и др.), приводящее к инициированию заряда ЭВВ, до момента срабатывания детонатора скважинной сети [6-10].
В целях нейтрализации указанного выше негативного фактора предложены следующие мероприятия:
использование в качестве промежуточных детонаторов тротиловых или пентолит-тротиловых шашек;
применение эмульсионного ПД, установленного в защитный корпус (рис. 2) [20], который также служит для точного позиционирования промежуточного детонатора по центру скважины, а инициирующего детонатора, в свою очередь, – по центру ПД;
использование патронированного эмульсионного промежуточного детонатора в специальном пластиковом корпусе по аналогии с ПД «Сибирит».
В результате реализации предложенных мероприятий на практике и соответствующих наблюдений за производством массовых взрывов (фото 5) на указанных выше разрезах явных нарушений в последовательности инициирования взрывной сети не выявлено.
Рисунок 1. Квадрокоптер Autel Robotics Evo II Pro V3.
Figure 1. Autel Robotics Evo II Pro V3 quadcopter.
Фото 3. Финишный датчик.
Photo 3. Finishing sensor.
Фото 4. Стартовый датчик.
Photo 4. Starting sensor.
Результаты измерений погрешности времени срабатывания
детонаторов НСИ
Measurement results of the blasting time error of NSI detonators
Наименование устройств НСИ Номинальное время замедления, мс Фактическое значение замедления детонаторов, мс Количество измерений Среднее значение Среднее значение отклонения замедления
от номинала
Измерение, №
1 2 3 4 5 6 абсолютное, мс относительное, %
Скважинные № 1 500 536 532 538 3 535,3 35,3 7,1
650 669 660 668 665 662 6 662,3 162,3 32,5
644 653 649 657 647 656 6 651,0 151,0 30,2
Скважинные № 2 1000 1003 1002 1020 3 1008,3 8,3 0,8
1082 1039 1085 1143 1124 5 1094,6 94,6 9,5
1020 1020 1010 1039 982 1002 6 1012,2 12,2 1,2
1026 1052 2 1039,0 39,0 3,9
1040 1148 1162 3 1116,7 116,7 11,7
Поверхностные № 1, 2 25 25 24 22 22 24 24 6 23,5 1,5 6,0
42 44 45 43 44 45 46 6 44,5 2,5 6,0
Рисунок 2. Контейнер для защиты эмульсионного боевика.
Условные обозначения. 1 – контейнер; 2 - защитный корпус; 3 - полый цилиндр; 4, 5 - выступы; 6 - торец цилиндра; 7 - перпендикулярная ось; 8, 9 - центрирующие элементы; 10 - наружная сторона; 11, 12 - вертикальные части; 13, 14 - элементы меньшего радиуса; 15, 16 - упругие элементы; 17, 18 - диски; 19 - отверстия; 20 - пазы; 21 - периметр дисков; 22 - толщина стенок; 23 - эмульсионный боевик; 24 - ударно-волновая трубка; 25 - скважина; 26 - скважинный заряд.
Figure 2. Container for protection of emulsion fighter.
Keys. 1 – container; 2 – protective housing; 3 – hollow cylinder; 4, 5 – protrusions; 6 – cylinder end; 7 – perpendicular axis; 8, 9 – centering elements; 10 – outer side; 11, 12 – vertical parts; 13, 14 – smaller radius elements; 15, 16 – elastic elements; 17, 18 – discs; 19 – holes; 20 – grooves; 21 –perimeter of discs; 22 – wall thickness; 23 – emulsion fighter; 24 – shock wave tube; 25 – borehole; 26 – borehole charge.
Фото 5. Работа скважинных зарядов по факту применения мероприятия.
Photo 5. Operation of borehole charges upon application of the measure.
Выводы
На основании проведенных исследований предложенные мероприятия представляются эффективными для предотвращения опережающего срабатывания скважинных зарядов. Вместе с тем, для более детального анализа причин отклонений фактической последовательности взрывов от проектной, предусмотренной буровзрывными работами, рекомендуется дальнейшее более углубленное проведение исследований в этой области.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
