Управління детонаційним процесом в подовжених зарядах при руйнуванні породних масивів

Потенційно можливий обсяг використання пороху визначається рівнем його вартості й безпеки, що обумовлює різні технологічні варіанти застосування. За рахунок дисперсності конверсійних порохів застосування їх у свердловинних зарядах обумовлює утворення в процесі вибуху дискретного фронту детонаційної хвилі і зменшенню радіуса зони переподрібнення порід. Вплив дисперсності рекомендується оцінювати коефіцієнтом дисперсності г за формулою :

 

г = r3 /(r3 + ar), (7)

 

де r3 - радіус заряду, м; ar - характерний розмір окремої частки ВР, м.

Таким чином, величина радіусу зони переподрібнення, виходячи з формули, залежить також від радіусу заряду. 

З метою обґрунтування безпеки й ефективності застосування домішок конверсійних піроксилінових порохів як регулятора детонаційного процесу проведені експериментальні дослідження їх сумішей з аміачною селітрою (АС) та різними поверхнево-активними речовинами (ПАР) зі зниженим вмістом дизельного палива (ДП).

Вибухові суміші із застосуванням пороху й ПАР перевірялися при вибухах накладних і свердловинних зарядів. Було досліджено 10 варіантів ВР. I - АС (80), порох (20); II - АС (70), порох (30); III - АС (60), порох (40); IV - АC/ДП 96/4 (90), порох (10); V - АC/ДП 96/4 (80), порох (20); VI - АC/ДП 97/3 (80), порох (20); VII - АC/ДП 97/3 (70), порох (30); VIII - АC/ДП 97/3 (60), порох (40); IX - АС/ПАР 93/7 (90), порох (10); X - АС/ПАР 97/3 (80), порох (20).

Вибухи зазначених ВР здійснювалися при дробленні гранітних негабаритних кусків шпуровими зарядами діаметром 36мм, масою 0,3…0,5кг і накладними зарядами масою 1…3кг.

Аналіз результатів вибуху негабаритів шпуровими зарядами показав, що ВР груп II…Х детонують без відмов, а групи I - з відмовами. При цьому зі збільшенням вмісту пороху росте бризантна дія ВР.

Вміст пороху в заряді в межах 20…40 % дозволяє руйнувати негабарити об’ємом 2…3м3.

В розділі 5 викладено матеріали з розробки методів керування процесом детонації зарядів ВР в шаруватих породних масивах. Масиви скельних порід здебільшого є тріщинуватими, з різним ступенем блочності, шаруватими, а отже, і різної міцності як у вертикальній, так і в горизонтальній площинах. Тому для досягнення необхідної якості дроблення гірської маси й підвищення безпеки робіт ділянкам масиву порід різної міцності повинна відповідати рівнозначна енергія вибуху, обумовлена параметрами його імпульсу. Останні залежать, у першу чергу, від конструкції зарядів ВР і методів їх ініціювання. Конструктивно такі заряди можуть комбінуватись по колонці з різних типів промислових ВР, що відповідали б чергуванню міцних і слабких шарів породи. В цьому випадку розвиток детонаційного процесу матиме нестаціонарний характер, що визначатиметься поширенням фронту детонації послідовно по більш потужних і слабких (низькодетонаційних) ВР. Якщо слідувати концепції акустичних взаємодій між активною і пасивною частинами лінійного заряду, кожна більш потужна частина заряду повинна мати імпеданс, що перевищував би імпеданс ВР в ділянці більш слабкої ВР щонайменше вдвічі, і підриватись незалежно, тобто в умовах багатоточкового ініціювання. Однак, якщо враховувати економічний фактор, слід уникати масового застосування потужних ВР, наприклад, вміщуючих тротил, (плюс ініціатор) без необхідності, яка на практиці в першу чергу диктується обводненістю порід. 

Вихід на потрібний режим детонації в межах міцного шару породи можливий без заміни на цій ділянці звичайної ВР на більш потужну, лише застосовуючи у відповідних частинах свердловинного заряду допоміжний елемент у вигляді спіралі ДШ потрібних параметрів, що буде ініційований від детонації попередньої ділянки заряду без застосування будь – яких спеціальних засобів.

Підвищення якості дроблення вертикально шаруватих масивів гірських порід досягається розташуванням зарядів по сітці свердловин, першу з яких бурять у міцному шарі порід (наприклад, у дайці) з боку відслоненої поверхні уступу й продовжують у напрямках обох флангів і тилу блоку, що підривається, по лінії азимута простягання шару. При цьому місце розташування першої свердловини від границі поділу «шар - корінні породи» визначають ефективною відстанню   за формулою:

 

 , (8)

 

де   – висота уступу, м;   – кут падіння шару (дайки), град;   – радіус зони дроблення від вибуху одиночного заряду ВР, м.

Для максимального використання енергії вибуху на дроблення порід буріння свердловин починають у дайці з боку відслоненої поверхні масиву й продовжують згідно з розрахунковою сіткою в напрямках обох флангів і тилу блоку, що підривається.

Аналогічно або разом з застосуванням спіральних активізаторів посилення ефекту збудження детонації ВР у зарядах досягається також розміщенням джерел "гарячих точок" відповідно ділянкам спіралі проти міцних шарів гірського масиву. За рахунок перерозподілу імпульсів детонаційних хвиль при максимальному їх впливі на стінки зарядної камери забезпечується неоднорідний напружено-деформований стан найбільш міцних шарів масиву порід і досягається підвищений ступінь дроблення гірської маси зі зниженням виходу негабаритних фракцій на 10…20 %.

З залученням виконаних досліджень складено і передано ВАТ “Миколаївцемент” для впровадження “Рекомендації щодо безпечного ведення підривних робіт на Демне-Добрянському та Щирецькому кар’єрах ВАТ Миколаївцемент”. Розрахунковий річний економічний ефект