книги из ГПНТБ / Кутузов, Б. Н. Взрывные работы учебник

Б. Н. КУТУЗОВ

ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ

Допущено Министерством высшего

исреднего специального обравования СССР

вкачестве учебника для горных техникумов

ИЗДАТЕЛЬСТВО «Н Е Д РА »

М о с к в а 1974

УДК [622.235 + 622.233 + 662.2/.4] (075)

Кутузов Б. Н. Взрывные работы. М., «Недра», 1974. 368 с.

В книге изложены основные свойства горных пород, при­ ведена их классификация применительно к буровзрывным рабо­ там, описаны способы бурения шпуров и скважин, применяемые на карьерах. Дана общая характеристика промышленных взрыв­ чатых веществ, средств и способов взрывания, процесса детонации зарядов и явлений взрыва. Рассмотрены вопросы, связанные с расчетом параметров взрывных работ, монтажом взрывной сети, заряжанием и забойкой зарядов, проектированием и организацией массовых взрывов. Изложены сущность и способы короткозамед­ ленного взрывания, методы оценки и принципы регулирования степени дробления горных пород при взрыве, способы вторичного дробления, негабарита.

В отдельных главах книги изложены взрывные работы в пла­ стичных и неустойчивых грунтах, при образовании камуфлетных полостей, в лесном и сельском хозяйстве, при торпедировании нефтяных, газовых и водяных скважин, а также основные правила безопасности при хранении, транспортировании и подготовке ВМ к применению.

Книга предназначена в качестве учебника для учащихся гор­ ных техникумов, а также может служить практическим руковод­ ством для инженерно-технических работников при ведении взрыв­ ных работ на карьерах.

Табл. 57, ил. 204, список лит. 7 назв.

© Издательство «Недра», 1974

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Отбойка и дробление скальных пород при их разработке произ­ водятся с помощью зарядов ВВ, размещаемых в шпурах, скважинах или камерах.

Ш п у р — искусственное цилиндрическое углубление в горной породе диаметром не более 75 мм и глубиной до 5 м, пробуренное, как правило, перфоратором или сверлом.

С к в а ж и н а — искусственное цилиндрическое углубление диа­ метром больше 75 мм при глубине до 5 м и любого диаметра при глубине больше 5 м, пробуренное, как правило, буровыми станками.

Для размещения больших зарядов (до десятков и сотен тонн) применяют зарядные минные камеры, обычно прямоугольной формы. Камеры, предназначенные для размещения зарядов ВВ на карьерах, сооружают в конце выработок (в штольнях или шурфах) или в боко­ вых нишах. При горизонтальном расположении выработки ее на­

Процесс размещения заряда в зарядной камере называется з а ­ р я ж а н и е м .

Для взрывания зарядов в них размещают средства взрывания: капсюли-детонаторы, электродетонаторы, детонирующий шнур, бо­ лее чувствительные к внешним воздействиям по сравнению с про­ мышленными ВВ, от взрыва которых детонирует весь заряд.

После заряжания оставшуюся свободной часть шпура, скважины или камеры заполняют инертным материалом (песком, мелкой поро­ дой, глиной и т. п.), который называется забойкой. Эти работы также называются забойкой шпуров, скважин, камер.

Н а р у ж н ы м или накладным, называется заряд, расположен­ ный на взрываемом объекте. Такой заряд применяют для дробления

вверхней части уступа.

Вн у т р е н н и м называется заряд, расположенный внутри взрываемого объекта.

Со с р е д о т о ч е н н ы м называется заряд, имеющий форму куба, шара, или цилиндра, длина которого не превышает трех его

5

диаметров или параллелепипеда с тем же соотношением минималь­

ческие соединения или механические смеси, которые под действием внешнего импульса (нагревание, удар, искры огня, взрыв неболь­ шого заряда) способны взрываться. Взрыв промышленных ВВ про­ текает в виде детонации.

Вз р ы в о м ВВ называется его чрезвычайно быстрое сверх­ звуковое химическое превращение за счет прохождения по заряду детонационной волны, при котором выделяется тепло и большое количество газов, способных производить механическую работу разрушения и перемещения окружающей среды.

Вз р ы в а н и е — процесс детонирования зарядов ВВ в задан­ ной последовательности способами, обеспечивающими полную безо­ пасность выполнения этих работ.

Вз р ы в н ы м и называются работы по заряжанию, забойке шпуров, скважин и камер, монтажу взрывных сетей и взрыванию.

Д е т о н а ц и я — распространение взрыва по ВВ с постоянной для данного ВВ и диаметра заряда сверхзвуковой скоростью, обу­

пространяющаяся по заряду ВВ со сверхзвуковой скоростью и обес­ печивающая возникновение за фронтом волны быстрой химической реакции во взрывчатом веществе. Детонация заряда ВВ возбуждается в результате его инициирования с помощью капсюля, электродето­ натора или детонирующего шнура.

На каждом карьере мощность погрузочного и транспортного обо­ рудования рассчитана на куски породы определенной крупности. На прием кусков таких же размеров должна быть рассчитана дро­ билка на фабрике, перерабатывающей ископаемое. При взрывании массив, как правило, разрушается на куски, из которых многие превышают допустимый размер; поэтому взорванную породу при­ нято разделять на кондиционную (габаритную), по крупности соот­ ветствующую требованиям предприятия, и некондиционную (нега­ баритную), размер кусков которой превышает установленные пре­ делы по крупности.

На некоторых карьерах стройматериалов к некондиционной породе относят также мелкие фракции, идущие в отходы.

Трудность взрывания массива определяется его трещиноватостью. К р е п о с т ь г о р н ы х п о р о д — способность пород со­ противляться разрушению от действия внешних усилий (при бурении,

взрывании и т. п.), характеризуемая коэффициентом крепости.

6

ления предела прочности породы на одноосное сжатие на 100 кгс/см2. Б у р и м о с т ь — сопротивляемость горных пород разрушению при бурении, характеризуемая чистой скоростью бурения при стан­

рушению действием взрыва; характеризуется расходом ВВ на 1 м3 породы для ее разрушения до кусков определенной крупности при стандартных условиях взрывания.

Буровзрывные работы на карьерах разделяются на основные, или первичные, при которых производится дробление массива породы, и дополнительные, или вторичные, при которых производится дробле­ ние негабарита, выравнивание неровностей подошвы, ликвидация навесов, заколов и т. п.

Первичные буровзрывные работы на карьерах производятся следующими методами: 1) удлиненными зарядами в вертикальных или наклонных скважинах диаметром 100—300 мм и глубиной 7— 20 м; 2) удлиненными зарядами в шпурах диаметром до 75 мм и глу­ биной до 5 м; 3) котловыми зарядами в скважинах и шпурах. Для этого скважины или шпуры перед их заряжанием предварительно простреливают небольшими зарядами и основные заряды помещают в образованные при прострелке в нижней части скважин или шпуров расширения. В настоящее время на некоторых карьерах применяется расширение нижней части скважин с 200—250 мм до 350—400 мм механическими (шарошечными) или огневыми расширителями. Однако этот метод правильнее оТнести к методу удлиненных зарядов, так как при этом отношение длины заряда к его диаметру, как пра­ вило, больше 10; 4) камерными сосредоточенными зарядами массой от нескольких тонн до тысяч тонн, располагаемыми в штольнях или шурфах, применяемыми в основном для взрывания на выброс или сброс. Кроме того, могут применяться комбинации перечисленных методов, например, удлиненными и котловыми, удлиненными и ка­ мерными зарядами и т. д.

Вторичные взрывные работы для дробления негабарита произ­ водятся: шпуровыми зарядами, размещаемыми в шпурах, и наклад­ ными зарядами, помещаемыми непосредственно на негабаритные куски. Кроме того, для дробления негабарита предложены и испы­ таны механические, термические, электрические и комбинированные способы разрушения.

КРАТКАЯ ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА О РАЗВИТИИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ

История развития взрывных работ тесно связана с производ­ ством ВВ, с зарождением военной техники и промышленности.

* В настоящем учебнике обозначение крепости пород принято по шкале проф. М. М. Протодьяконова.

7

Первым известным человечеству ВБ был черный порох, который применяли для фейерверков и огнестрельного оружия. Применение пороха в России в созидательных целях относится к середине XYI в., когда его использовали для подрывания скал и камней, мешавших судоходству по рекам. В горном деле порох впервые был применен в 1627 г. в Германии при проведении штольни.

Бурное развитие промышленности во второй половине XIX в. способствовало созданию и производству новых мощных ВВ и средств взрывания. В 1812 г. в России П. Л. Шилинг впервые применил электрический воспламенитель для взрывания зарядов; в 1831 г. в Англии Бикфорд изобрел огнепроводный шнур; в 1846 г. в Италии А. Собреро получил тринитроглицерин. В 1853 г. в России академик Н. Н. Зинин и В. Ф. Петрушевский предложили ВВ на основе нитро­ глицерина, аналогичное по составу динамитам.

Шведский инженер А. Нобель в 1866 г. начал выпускать пла­ стичные динамиты на основе нитроглицерина с добавками 25% кизельгура (инфузорной земли). В 1867 г. А. Нобель запатентовал и детонатор (в виде заряда гремучей ртути) под названием «запал Нобеля».

В 1867 г. шведскими химиками И. Ольсеном и И. Норбином были предложены и запатентованы ВВ на основе аммиачной селитры, близкие по составу к современным аммиачно-селитренным ВВ. Однако А. Нобель купил этот патент и более чем на 20 лет задержал внедрение аммиачно-селитренных ВВ в горную промышленность.

В1885 г. в качестве ВВ начали использовать пикриновую кислоту, которую длительное время до этого использовали как краситель тканей. С 1877 г. применяется тетрил, который в настоящее время является основным вторичным инициирующим ВВ.

Вначале XX в. начали использовать тротил, ставший в настоя­ щее время одним из наиболее распространенных ВВ, применяемых

вгорном деле.

В20-х годах XX в. получены тэн и гексоген, применение которых непрерывно расширяется. С 30-х годов в нашей стране нитроглице­ риновые динамиты стали заменять на более безопасные аммиачноселитренные ВВ: аммониты, представляющие собой смесь тротила, селитры и горючих добавок, и динамоны, к 40-м годам ставшие основными ВВ для карьеров. Динамоны особенно широко приме­ нялись в период Великой Отечественной войны, когда страна испыты­ вала недостаток тротила. С 1953 г. динамоны перестали применять, так как было установлено, что они изменяют свойства при заряжании скважин на карьерах.

Большая заслуга в разработке и внедрении аммонитов в горной промышленности принадлежит канд. техн. наук В. А. Ассонову.

К выпуску простейших ВВ — игданитов промышленность при­ ступила в конце 50-х годов на основе работ акад. АН СССР

Н. В. Мельникова, проф. Г. П. Демидюка и других ученых, исследо­ вавших взрывчатые свойства ВВ из смеси гранулированной селитры и 6% солярового масла.

8

С середины 50-х годов начата разработка группы более совер­

и зерногранулитов, водонаполненных и льющихся ВВ. Пониженная по сравнению с порошкообразными чувствительность и хорошая сыпучесть гранулированных ВВ позволили решить задачу механи­ зации заряжания скважин. Созданы водонаполненные и горячелыощиеся твердеющие ВВ для взрывания обводненных пород; про­ межуточные детонаторы в виде зарядов из тротила и гексогена для инициирования низкочувствительных ВВ, пиротехнические замедли­ тели для короткозамедленного взрывания (к. з. в.) детонирующим шнуром на карьерах и т. д.

К середине XIX в. относится первая попытка составить класси­ фикацию горных пород рудников Колывано-Воскресенских заводов по трудоемкости их добычи (добываемости).

Проф. М. М. Протодьяконов в 1910 г. опубликовал первую научно обоснованную классификацию горных пород по крепости, которая до настоящего времени широко применяется в горной промышлен­ ности при проектировании взрывных работ и сметных расчетах.

Расчетные методы при взрывании применяли французские воен­ ные инженеры в минноподрывном деле начиная с XVII в. В дальней­ шем формулы, выведенные для условий взрывания грунтов и обра­ зования воронок определенных размеров, стали применяться в гор­ ном деле.

В 1871 г. М. М. Боресков на основе работ М. М. Фролова предло­ жил формулу для расчета зарядов на выброс, которую широко используют до настоящего времени.

Крупные сдвиги в теории и практике взрывных работ произошли после Великой Октябрьской социалистической революции.

Большая работа по созданию классификации горных пород по буримости и взрываемости проделана под руководством проф. А. Ф.Су­ ханова. Эти классификации явились методической основой для составления местных классификаций на различных предприятиях.

Фундаментальные работы по классификации горных пород на основе их базовых свойств проводятся под руководством чл.-корр. АН СССР В. В. Ржевского. На основе этой классификации по зна­ чениям пределов прочности на сжатие, сдвиг, растяжение, объемный вес породы и т. д. представляется возможным определить показатель трудности разрушения породы при различных технологических процессах (бурение, взрывание) и дать количественное сравнение различных разрабатываемых пород.

Советские ученые — академики Н. Н. Семенов, Я. Б. Зельдович, Ю. Б. Харитон, М. А. Садовский, М. А. Лаврентьев, Н. В. Мельни­ ков, чл.-корр. АН СССР Л. Я. Компанеец и другие — выполнили комплекс фундаментальных работ, связанных с изучением процесса детонации и зарядов ВВ, действием взрыва в непосредственной бли­ зости и на расстоянии от заряда. Большой вклад в анализ физиче­ ских явлений, связанных с действием взрыва на горную породу,

9