Россия
Россия
Россия
В настоящее время на открытых горных работах уникальным и практически единственным высокоэффективным способом подготовки скальных пород к выемке является их разрушение энергией взрыва. Однако при производстве буровзрывных работ существует проблема опережающего срабатывания скважинных зарядов, данная проблема приводит к нарушению очередности срабатывания зарядов, что негативно влияет на эффективность взрывных работ, экологическую и сейсмическую безопасность и ухудшает проработку массива, приводя к увеличению выхода негабаритов, тем самым увеличивая финансовые потери производства. В статье приводится исследование фактов опережающего срабатывания скважинных зарядов при применении эмульсионных промежуточных детонаторов в конструкции заряда из эмульсионного взрывчатого вещества в процессе подготовки горной массы к выемке буровзрывным способом, а также первичные факторы, влияющие на опережающее срабатывание скважинных зарядов и методы исключения данной проблемы в ходе подготовки горной массы к выемке буровзрывным способом. В ходе исследования фактов опережающего срабатывания скважинных зарядов были предложены мероприятия для предотвращения воздействия взрывной волны на эмульсионные боевики и их преждевременного срабатывания. Данные исследования производились на карьерах и разрезах Дальнего Востока. При проведении экспериментальных взрывов с использованием разработанных конструкций и мероприятий, при ускоренной видеофиксации взрыва, опережающего срабатывания скважинных зарядов не выявлено.
угольный разрез, карьер, эмульсионный промежуточный детонатор, опережающее срабатывание зарядов, взрыв, взрывная волна
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.
1. Комащенко, В. И. Разработка технологии взрывных работ, уменьшающей вредное воздействие на окружающую среду / В. И. Комащенко, Е. Д. Воробьев, В. Г. Лукьянов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2017. – Т. 328, № 8. – С. 33–40.
2. Аверин, А. П. Критерии оценки негативного воздействия при проведении массовых взрывов на окружающую среду / А. П. Аверин, А. В. Харченко // Уголь. – 2022. – № S12(1162). – С. 44-48.
3. Жуликов, В. В. Обоснование эффективности взрывных работ с использованием электронных систем в сравнении с неэлектрическими средствами инициирования / В. В. Жуликов, К. А. Князев, С. С. Назаров // Горная промышленность. – 2022. – № 5. – С. 64-68. – DOIhttps://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-5-64-68.
4. Новые технологии ведения взрывных работ / В. А. Белин, М. Г. Горбонос, С. К. Мангуш, Б. В. Эквист // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2015. – № S 1. – С. 87-102.
5. Ермолаев, А. И. Экспериментальный метод оценки времени подбоя скважинной сети детонирующего шнура / А. И. Ермолаев // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2003. – № 4. – С. 74-76.
6. Гордеев, В. Е. Возбуждение взрыва жидких взрывчатых веществ кавитацией / В. Е. Гордеев, А. И. Сербинов, Я. К. Трошин // Прикладная механика и техническая физика. – 1967. – № 1. – С. 45-53.
7. Димза, Г. В. Влияние давления на возбуждение детонации жидких взрывчатых веществ / Г. В. Димза // Прикладная механика и техническая физика. – 1962. – № 6. – С. 132-133.
8. Роль кавитационных эффектов в механизмах разрушения и в крупномасштабных взрывных процессах / B. К. Кедринский, В. А. Вшивков, Г. И. Дудникова, Ю. И. Шокин // Вычислительные технологии. – 1997. – Т. 2, № 2. – С. 63-77. – EDN KYSAFH.
9. Камянский, В. Н. Повышение эффективности скважинной отбойки на карьерах при разновременном взрывании скважинных зарядов: специальность 25.00.20 «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»: дис. ... канд. техн. наук / Виктор Николаевич Камянский; Ин-т проблем комплекс. освоения недр. – М., 2019. – 123 с.
10. Христофоров, Б. Д. Подводный взрыв в воздушной полости / Б. Д. Христофоров // Прикладная механика и техническая физика. – 1962. – № 6. – С. 128-132.
11. Кутузов, Б. Н. Физико-технические основы создания эмульсионных и гранулированных ВВ и средств их инициирования / Б. Н. Кутузов, С. А. Горинов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2011. – № S3-1. – С. 34-52.
12. Dam T.T., Tran V.D., Tran D.V., To D.T. Study on the reasonable parameters of the cylinder-shaped charge with tapered liner funnel to destroy stone. In: International symposium on rock mechanics and engineering. The 35th VSRM anniversary ISRM 2019 specialized conference, 22–24 Nov. 2019. Hanoi; 2019, pp. 118–130.
13. Gui Y.L., Zhao Z.Y., Jayasinghe L.B., Zhou H.Y., Goh A.T.C., Tao M. Blast wave induced spatial variation of ground vibration considering field geological conditions. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018;101:63–68. https://doi.org/10.1016/j. ijrmms.2017.11.016
14. Белин, В. А. Исследования детонационных характеристик эмульсионных взрывчатых веществ, применяемых на железорудных карьерах / В. А. Белин, Ю. Н. Болотова, М. Г. Горбонос // Горная промышленность. – 2022. – № 1. – С. 52-56. – DOIhttps://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-1-52-56. – EDN SQHZHQ.
15. Басарнов, А. И. Испытания устройств неэлектрической системы инициирования на время срабатывания в полигонных условиях / А. И. Басарнов, Д. Н. Батраков // Вестник Научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности. – 2023. – № 1. – С. 27-37. – DOIhttps://doi.org/10.25558/VOSTNII.2023.34.31.003.
16. Должиков, В. В. Влияние интервалов замедления на амплитуды волн напряжений при изучении модели взрыва системы скважинных зарядов / В. В. Должиков, Д. Э. Рядинский, А. А. Яковлев // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2022. – № 6-2. – С. 18-32. – DOIhttps://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_62_0_18.
17. Костюнина, О. А. Влияние интервалов замедлений на разлет осколков горных пород / О. А. Костюнина, Е. Б. Шевкун, А. В. Лещинский // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2021. – № 12-1. – С. 107-120. – DOIhttps://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_121_0_107.
18. Effect of Inter-Hole Delays on Seismic Safety with Regard to Firing Time Deviation / Al. A. Galim’yanov, A. V. Rasskazova, I. V. Korneev [et al.] // Journal of Mining Science. – 2024. – Vol. 60, No. 3. – P. 416-425. – DOIhttps://doi.org/10.1134/S1062739124030074. – EDN WNKJNT.
19. Совершенствование методики сейсмобезопасного производства БВР с учетом фактора сезонности / В. А. Кутуев, С. Н. Жариков, П. В. Меньшиков, А. С. Флягин // Взрывное дело. – 2025. – № 146-103. – С. 151-166. – EDN TQYMOH.
20. Патент на полезную модель № 214622 U1 Российская Федерация, МПК F42D 1/08, F42D 1/22. Контейнер для защиты эмульсионного боевика: № 2022112846 : заявл. 12.05.2022: опубл. 08.11.2022 / А. А. Галимьянов, К. В. Гевало, В. И. Мишнев [и др.]; заявитель: ФГБУН Хабаровский ФИЦ ДВО РАН.
