Лекція 4 Підривні роботи

Основні теорії вибуху та вибухових речовин (ВР). Підривні роботи широко застосовують у геологорозвідувальній справі, при видобуванні корисних копалин, гідротехнічному й транспортному будівництві, будівництві газонафтопроводів. Особливе місце належить підривним роботам у гірничорозвідувальних роботах.

Підривні роботи корисні при геофізичних дослідженнях – для сейсморозвідки з метою збуджування пружних хвиль, швидкість поширення яких визначає властивості гірських порід. Широко застосовується вибух при дослідженнях розвідувальних та експлуатаційних свердловин. Такі роботи мають назву прострільно-підривних, складаються з операцій: 1) перфорація стінок свердловин стріляючими апаратами – кульковими та снарядними, а також кумулятивними перфораторами; 2) перфорація (прострілювання) колон бурильних або насосно-компресорних труб; 3) відбір зразків порід бічними стріляючими ґрунтоносами; 4) простріли каналів у стінках свердловин для відбору проб рідини або газів каротажними випробувачами пластів; 5) ліквідація аварій у свердловинах шляхом руйнування металу, який потрапив на вибій свердловини, або обриву колон труб (бурових, експлуатаційних, обсадних), тобто торпедування; 6) поділ пластів у свердловині за допомогою вибухових пакерів; 7) розрив пластів у свердловинах пороховими генераторами тиску; 8) утворення мережі тріщин, які сполучаються в породі, в стінках або вибої свердловини, торпедами (для збільшення віддачі або прийнятності пластів).

Підривні роботи застосовуються при демонтажі глибоких свердловин, гасінні пожеж, корчуванні пнів тощо.

Підривний метод завдяки високій продуктивності та економічності дає змогу в скельній породі проходити гірничорозвідувальні виробки, які мають технологію ведення, подібну до виробок при розробці родовищ корисних копалин. Проте в разі гірничорозвідувальних робіт необхідно враховувати їхні особливості, пов’язані з можливими змінами фізико-механічних властивостей гірських порід у напрямі проходки.

До 1970 р. найбільш поширеними на підривних роботах були класифікації, побудовані на основі коефіцієнта міцності порід за шкалою М.М. Протидияконова.

Визначено, що найголовнішим фактором, який впливає на ступінь дрібнення порід зарядами, є тріщинуватість масиву, а коефіцієнт міцності й інші міцнісні властивості порід стають другорядними. Розроблено міжгалузеву класифікацію порід за вибуховістю з урахуванням тріщинуватості порід, питомої витрати ВР і деяких інших властивостей (табл. 2).

Вибух – це процес швидкого надзвукового фізичного або хімічного розкладання речовини за рахунок проходження крізь неї детонаційної хвилі, яка супроводжується переходом потенціальної енергії цієї речовини або продуктів її перетворення в кінетичну.

Вибуховою речовиною (ВР) називають суміші та хімічні сполуки, які під впливом зовнішньої дії (нагріву, удару, тертя тощо) вибухають, тобто надзвичайно швидко переходять в інші сполуки з утворенням значної кількості тепла та газів.

Вибухове перетворення (хімічний вибух) – хімічна реакція, внаслідок якої речовина поширюється з великою швидкістю, з виділенням тепла, а також утворенням дуже стиснених газів.

Детонація – окремий випадок вибуху, що здійснюється з певною для цієї речовини швидкістю.

Залежно від швидкості вибухового розпаду розрізняють три види вибухів: 1) детонацію, коли ВР розкладаються зі швидкістю від 1000 до 8500 м/с і більше; 2) вибухове горіння, коли ВР розкладаються зі швидкістю від 400 до 1000 м/с; 3) термічне горіння (дефляграція), коли ВР розкладаються зі швидкістю менш як 400 м/с; виникає в тому випадку, коли нагрівання ВР відбувається нижче рівня температури її спалаху; вибух не виконує механічної роботи.

За своєю природою вибухи поділяються на: фізичні, коли відбувається лише фізичне перетворення речовин (безполум’яне вибухання рідкої вуглекислоти та стисненого повітря, вибухи парових котлів, балонів зі зрідженим газом, електричні розряди тощо); хімічні, коли відбуваються надшвидкі хімічні реакції з виділенням тепла в кількості 3200-6600 кДж/кг і газів (вибухи ВР, метану, вугільного пилу); ядерні, за яких відбуваються ланцюгові реакції поділу ядер з утворенням нових елементів. На гірничих підприємствах застосовують хімічні вибухи ВР.

За характером дії на навколишнє середовище ВР поділяються на дві групи: бризантні (які дроблять) та метальні (кидальні). Бризантні ВР діють на породу сильним, але коротким ударом, що подрібнює уламки. Метальні (фугасні) ВР діють на породу порівняно повільно, внаслідок чого розколюють її на великі блоки. Такі ВР призводять до вибухового горіння. До метальних ВР належать димний (чорний) та бездимний (піроксиліновий) порох. До особливої групи бризантних речовин відносять ініціюючі ВР з високою чутливістю до тепла, удару, тертя.

За фізичним станом ВР можуть бути твердими сполуками або сумішами (аміачна селітра + тротил тощо), сумішами рідких і твердих речовин (аміачна селітра + рідке паливо, рідкий кисень + тверде паливо тощо), газовими сумішами (метан + повітря, ацетилен + кисень), сумішами твердих і рідких речовин з газами (вугільний, дерев’яний пил, гас, бензин, повітря), рідкими речовинами (нітрогліцерин, нітрогліколь). Промислові ВР, що використовуються, можуть мати такі різновиди: порошкоподібні, шнековані, пресовані, литі, гранульовані (або лускоподібні), водотривкі.

Залежно від умов застосування ВР поділяють на незапобіжні та запобіжні. Запобіжні ВР застосовуються в шахтах, небезпечних щодо газу (метан, водень, сірководень тощо) й пилу (вугільний, колчедановий, сірчаний тощо).

Промислові ВР. ВР, що призначаються для підривних робіт у народному господарстві, називаються промисловими. Кожна промис­лова ВР має свої технологічні та вибухові характеристики.

До основних технологічних харак­теристик ВР належать: густина, пластичність, злежуваність, гігроскопічність, водостійкість, ексудація тощо.

Густина – це відношення маси ВР до її об’єму. Для кожної ВР існує оптимальна густина, що дає найбільший ефект вибуху.

Пластичність – властивість ВР легко деформуватися, змінювати форму заряду й зберігати певну жорсткість.

Злежуваність – це здатність порошкоподібних ВР утрачати при зберіганні пухкість і перетворюватися на щільну масу з утратою сприйнятливості до детонації.

Гігроскопічність – здатність ВР поглинати вологу з навколишнього середовища.

Водостійкість – здатність патронів ВР при безпосередньому контакті з водою зберігати протягом деякого часу вибухові власти­вості. Водостійкість ВР зростає при введенні до їхнього складу гідрофобних домішок.

Ексудація – здатність ВР виділяти рідкі та легкоплавкі компоненти при зберіганні. Ексудація виникає в разі наявності рідких нітроефірів.

Чутливість ВР до ініціювання характеризується величиною початкового імпульсу, необхідного для збудження вибуху.

Стійкість – здатність ВР зберігати хімічні та фізичні властивості. Розрізняють хімічну та фізичну стійкість. Фізична стійкість – здатність ВР зберігати незмінними свої фізичні властивості й структуру. Хімічна стійкість – здатність ВР протистояти розкладанню протягом певного часу.

До вибухових характеристик належать теплота вибуху, об’єм газів, сталість детонації, бризантність, працездатність, старіння.

Теплота вибуху – кількість тепла, що виділяється в момент вибухового перетворення 1 кг ВР. Це одна з основних характеристик при оцінці ефективності ВР для руйнування порід.

Об’єм газів – кількість газоподібних продуктів, які виділяються в момент вибуху 1 кг промислових ВР. Цей показник коливається в широкому діапазоні – від 300 до 1000 л/кг – і залежить від складу та густини ВР.

Бризантність – здатність ВР поширювати роздрібнювальну дію в навколишнє середовище. Розрізняють місцеву (бризантну), або руйнівну, й загальну, або фугасну дію. Перша характеризується руйнуванням породи в безпосередній близькості від заряду. При другій, фугасній, порода руйнується на більшій відстані від заряду за рахунок ударних хвиль і поршневої дії газів. Бризантність визначають величиною обтиснення свинцевого циліндра в лінійних міліметрах, тобто різницею його висот до й після вибуху патрона випробуваної ВР масою 50 г (проба Гесса).

Детонація зумовлена поширенням в об’ємі ВР детонаційної хвилі, яка в момент проходження спричиняє стрибкоподібну зміну тиску, температури та густини ВР. Швидкість детонації заряду ВР залежить від характеристик власне ВР (склад, дисперсність і густина), діаметра заряду та умов вибуху.

Працездатність – здатність ВР при вибуху виконувати ме­ханічну роботу (руйнування та стискання навколишнього середови­ща). Працездатність визначають вибухом наважки 10 г певної ВР у свинцевій бомбі або на зразках порід. Після вибуху канал бомби очищують і вимірюють місткість, наливаючи в нього воду.

Старіння – безповоротний процес погіршення або повної втрати ВР вибухових властивостей протягом певного часу. Внаслідок старіння ВР знижується її чутливість до зовнішнього впливу, а також здатність до передачі детонації.

Всі промислові ВР поділяються на два класи: вибухові хімічні сполуки та вибухові хімічні суміші. Перший клас – це хімічно однорідні речовини (тротил, нітрогліцерин, піроксилін тощо). Другий клас складається з двох (або більше) речовин, як вибухових, так і невибухових. До них належать динаміти, амоніти, грануліти, грамоніти та інші вибухові суміші.

Широкий асортимент промислових ВР пояснюється тим, що вибухові роботи в ході розвідки та розробки родовищ проводять за різних умов.

Випускають ВР у патронах, пакетах, мішках і ящиках, кожний із яких відрізняється номером оболонки патронів і діагональних стрічок на ящиках та мішках.

За хімічним складом ВР поділяються на:

1) аміачно-селітрові (амоніти, амонали, граммоніти, грануліти, ігданіти, динафтоліти);

2) нітроефіровмісні (динаміти, детоніти, побідити, угленіти);

3) нітросполуки та їхні сплави (тротил, алюмотил, гексонен, тен, тетрил);

4) оксиліквіти (патрони, насичені рідким киснем);

5) порохи (димні, піроксилінові, нітрогліцеринові). Окрему групу становлять ініціюючі ВР.

Способи підривання зарядів ВР. Застосовують чотири способи підривання: вогневий, електричний, за допомогою детонуючого шнура (ДШ) й електровогневий.

Вогневий спосіб підривання. При цьому способі застосовуються: капсуль-детонатор, вогнепровідний шнур (ВШ) і засоби для його запалювання, а також запалювальна трубка та патрон-бойовик.

Капсуль-детонатор має заряд первинного та вторинного ініціаторів, запресований у паперову або металеву гільзу, яка прикривається згори чашечкою з отвором у центрі.

Вогнепровідний шнур (ВШ) складається зі слабоспресованої порохової серцевини (шнуровий порох), крізь яку проходять дві напрямні нитки для запобігання висипанню пороху, та декількох сплетень, покритих водоізоляційною масою (асфальтом), або нитяних обмоток з пластиковою оболонкою. ВШ застосовується для безпечної передачі вогню первинному ініціаторові капсуля-детонатора або пороховому зарядові. За швидкістю горіння існує ВШ двох видів: нормального горіння 0,86-1 см/с; повільного горіння – 0,48-0,56 см/с. ВШ нормального горіння має темно-сіру або чорну оболонку, а повільного – жовту.

Запалювання групи шнурів здійснюється за допомогою: 1) відрізка ВШ завдовжки 25-30 см, що надрізують до половини через 2-3 см; 2) ґнота, що тліє, із лляних або бавовняних ниток, насичених розчином калієвої селітри; 3) запальної свічки, загальний час горіння якої – 1, 2, 3 хв; 4) запального патрона.

Запалювальна трубка – це капсуль-детонатор, що поєднується з ВШ. Шнур у металевій гільзі закріплюють за допомогою щипців-затискачів, а в паперовій – шпагату або прогумованої стрічки (в мокрих вибоях). Мінімальна довжина запалювальної трубки – 1 м, максимальна – 10 м.

Одночасно з запалювальними трубками виготовляється контрольна трубка, шнур якої має бути на 60 см коротше ніж шнури запалювальних трубок. Ця трубка застосовується для контролю часу, необхідного для підпалювання ВШ у вибоях гірничих виробок. Патрон-бойовик – це з’єднання патрона ВР із запалювальною трубкою.

Електричний спосіб підривання. При електричному способі підривання снарядів застосовуються електродетонатори миттєвої, короткосповільненої та сповільненої дій.

Електродетонатор миттєвої дії (ЕМД) складається з капсуля-детонатора та електрозапалювача – спеціального пристрою, що забезпечує тепловий вплив електричного струму на первинний ініціатор капсуля-детонатора. На кінці електрозапалювача є місток розжарювання (ніхромовий або константовий дріт), покритий краплею з бертолетової солі, роданистого свинцю та столярного клею (пристрій для її запалювання), а також вивідних дротів.

Електродетонатори короткосповільненої дії (ЕДКС) аналогічні попереднім за винятком суміші, що сповільнює горіння речовини (свинцевий,сурик, силікокалій, феросиліцій), час горіння якої – 25, 50, 75, 100, 250 мс.

Електродетонатори сповільненої дії (ЕДСД) відрізняються від ЕДКС за конструкцією: між електрозапальником і чашечкою вміщено дистанційну трубочку з речовиною, яка повільно горить (суміш із перекису барію, селітри та ізотолу), час горіння залежить від довжини трубки й триває 0,5–10 с. Опір електродетонаторів усіх видів від 0,65 до 2 Ом.

Підривання за допомогою ДШ. ДШ – це заряд потужного високобризантного ВР (тену), розташований усередині поліхлорвінілової, бавовняної, лляної або поліетиленової обмотки, покритої водоізоляційним шаром червоного кольору (рис. 30).

Залежно від наважки ВР можуть бути шнури нормальними – ДША, ДШВ (для обводнених вибоїв і для підводних робіт), ДШЕ, потужними – ДШІ, малопотужними – ВДШМ-3. ДШ застосовують для передачі детонації ініціаторам, наприклад шашкам. ДШ відносно безпечний у застосуванні, його можна різати гострим ножем на дерев’яній дошці. Важко загоряється, горить спокійно, без спалахів. Потребує обережного поводження, не дозволяється бити по ДШ або кидати на нього будь-які предмети, а також палити й тримати відкритий вогонь поблизу ящиків з ДШ.

Підривання ДШ застосовується на відкритих і підземних виробках при виконанні масових вибухів, а також при розділенні негабаритів. У такому випадку підривна мережа складається з основної магістралі та відрізків ДШ, що йдуть до зарядів. Ініціювання детонації в магістралі здійснюється за допомогою капсуля-детонатора або електродетонатора, який прив’язується на відстані 10-15 см від кінця шнура. Шнури розгалуження приєднують до магістрального шнура з урахуванням напряму детонаційної хвилі.

Мережа ДШ може бути паралельною, послідовною або розгалуженою (пучковою). Найчастіше мережу ДШ монтують за схемою паралельного та послідовного з’єднання. Такі мережі застосовуються на значній довжині фронту вибуху.

Переваги підривання детонуючим шнуром: зменшення небезпеки при зарядженні та ліквідації відказів; можливість одночасного підривання великої кількості зарядів ВР; зручність застосування при підриванні розосереджених зарядів великої довжини. Недоліком підривання ДШ є неможливість контролю справності мережі перед вибухом.

Сповільнення підривання здійснюється за допомогою піротехнічних детонаторних реле КЗДШ з інтервалами 10, 20, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 175 та 200 мс за допомогою трубок, в які вставлено елемент сповільнення, а на кінцях трубки закріплено відрізки ДШ завдовжки 150 та 350 мм. На трубці фарбою накреслено стрілку, яка вказує напрям ходу детонації, а також цифри, за якими визначається номінал сповільнення (мс).

В разі потреби більшого сповільнення або відсутності на підприємстві деяких номіналів з’єднують послідовно кілька сповільнювачів.

Спосіб електровогневого підривання. Електровогневе підривання здійснюється шляхом електрозапалення вогнепровідного шнура у вигляді пучків, які вводять у патрон зі складом, що запалює. Застосовуються патрони з електрозапальником.

Методи підривних робіт. Для розміщення в гірській породі заряду ВР бурять шпури, свердловини, котлові шпури, або котлові свердловини, роблять камери й рукави (малі камери). Залежно від типу виробки, яка призначається для розміщення заряду, розрізняють шість основних методів підривних робіт (рис 4.1 ): шпурових, свердловинних, котлових, камерних, малокамерних і накладних зарядів.

Метод шпурових зарядів – у гірській породі бурять шпури завглибшки 2-3 м (рідше 4-5 м), діаметром від 32-50 до 75 мм.

Метод свердловинних зарядів – у гірській породі бурять свердловини (циліндричної форми) завглибшки до 50-60 м, діаметром до 300 мм.

Метод котлових зарядів – вибій шпуру або котловини шляхом багаторазового підривання невеликих зарядів ВР розширюють до виникнення камери (котла), що має форму, близьку до кулі. В котел після очищення від подрібненої породи вміщують заряд ВР, що призначається для головного вибуху й має назву котлового заряду. Шпур, або свердловину з котлом у кінці, називають котловим шпуром, або котловою свердловиною. Операцію з обладнання котла називають прострілюванням шпуру, або свердловини.

Рисунок 4.1 – Методи підривних робіт:

а – метод шпурових зарядів (1 – набійка; 2 – заряд); б – метод свердловинних зарядів; в – метод котлових зарядів; г – метод камерних зарядів; д – метод малокамерних зарядів; е – метод накладних зарядів

Метод камерних зарядів – відбивання породи проводиться шляхом підривання зарядів вагою до кількох десятків і сотень тонн, які розміщують у спеціальних камерах, що походять із шурфів і штолень. До різновидів такого методу відносять метод масових обвалень і метод підривання на викид. Перший застосовується при розробці родовищ відкритим способом, а за другим породи не тільки руйнуються, а й викидаються (частково або повністю) за межі заданого профілю виробки в заданому напрямі.

Метод малокамерних зарядів. В гірській породі проводиться горизонтальна або слабонахилена виробка (рукав) прямокутного або квадратного перерізу розміром від 0,2×0,2 до 0,5×0,5 м при довжині рукава від 0,5 до 0,8 Н (Н – глибина закладення рукава від поверхні землі). Рукави застосовуються при різко розчленованому рельєфі (балки, яри, байраки тощо).

Метод накладних зарядів – заряди прикладаються до об’єкта, який підлягає підриванню. Метод застосовується для подрібнення валунів, каміння, брил тощо.

Шпуровий метод застосовується при проходці гірничо­розвідувальних виробок у породах середньої міцності та міцних. У міцних можливо застосовувати й метод котлових зарядів, який дає змогу розміщувати в нижній частині шпуру (котла) значні заряди ВР. Шпуровий і свердловинний методи також застосовуються при проходці розвідувальних канав і траншей на розпушення та підривання на викид.

Заряджання шпурів. Сухі спадаючі шпури заряджають порошкоподібною ВР. Вологі та мокрі, а також усі горизонтальні й підняттєві шпури – лише патронованою ВР. Для ущільнення зарядів і подачі патронів застосовують дерев’яний, або алюмінієвий стрижень-набійник, довжина якого дорівнює глибині шпуру з додаванням 0,3-0,5 м, а діаметр – 20 мм. На кінець дерев’яного набійника можна насаджувати алюмінієву трубку завдовжки 50 мм.

При заряджанні шпурів насипом подають ВР порціями 150-200 г, бажано совком, крізь лійку з оцинкованого заліза. Заряд відміряють градуйованим кухлем. Кожну порцію злегка ущільнюють набійником. При заряджанні шпурів патронами в сухих вибоях циліндричну поверхню патрона надрізають по спіралі. Патрони роздавлюють у шпурах набійником для підвищення щільності заряджання заряду. В патроні-бойовику відрізають дно. В усіх випадках патрони в шпурі повинні щільно прилягати один до одного. Злежалі амонітові патрони попередньо розминають руками, в тому числі й патрон-бойовик перед уведенням у нього капсуля-детонатора. При зарядженні шпурів патронованими ВР патрон-бойовик розмішують у верхній половині, або поверх заряду, причому днище капсуля має бути направлене до дна шпуру.

При заряджанні насипом патрон-бойовик уводять у шпур після засипки 75-85% заряду, після чого ущільнювати ВР не можна. Решту шпуру заповнюють набійкою, яку вводить дуже обережно, щоб не пошкодити шнур. Першу порцію набійки злегка ущільнюють і лише біля горловини шпуру її утрамбовують. Набійка має важливе значення для ефективності вибуху. При недостатній щільності значна частина газів, які утворюються при вибуху, викидається, не виконуючи роботи. Чим нижча бризантність ВР, тим більший вплив набійки на ефективність вибуху.

Набійка повинна мати достатнє зчеплення зі стінками шпуру, достатню щільність, абсолютну інертність і легко вводитись у шпур. Для набійки використовують такі мінерали: суміш глин з піском у співвідношенні 1:3 (у формі пижів); пісок (рекомендований для шпурів, що падають); роздрібнена порода; вода, при висоті стовпа не менше ніж 1 м (для шпурів, що падають, і негігроскопічної ВР). При шпуровому методі довжина набійки береться від 0,25 до 0,4 глибини шпуру. Правила ТБ забороняють підривання зарядів без набійки.

Класифікація зарядів ВР. Залежно від розташування. ВР у шпурі розрізняють заряди: колонкові, ярусні, котлові та кумулятивні (рис. 4.2 ).

Рисунок 4.2 – Види зарядів ВР у шпурах:

а-колонковий; б -ярусний; в -котловий; г-кумулятивний; 1 – набійка; 2 – заряди; 3 – котел; 4 – кумулятивна напівсфера

Колонковий (зосереджений) заряд застосовується при глибині шпурів до 1,65-2 м. У ярусних зарядах патрони чергуються з набійкою. Такі заряди застосовуються у глибоких шпурах від 2 до 4 м, а бойовий патрон розміщується в них у кожному ярусі. Котлові заряди застосовують в особливо міцних гірських породах.

Кумулятивні заряди (з особливою виїмкою конусною, напівсферичною тощо) концентрують енергію вибуху вздовж осі кумулятивної виїмки. Суть ефекту кумуляції полягає в тому, що вибухові хвилі проходять від детонатора по осі заряду до протилежного його кінця, зустрічають поверхню кумулятивного заглиблення й заломлюються, після чого виходять усередину кумулятивної виїмки перпендикулярно до її стінок, з’єднуються в струмінь і концентруються у визначеній точці на продовженні осі заряду (кумулятивний фокус). Концентрація вибухових хвиль у кумулятивному фокусі підвищує тиск, температуру та швидкість ударного потоку газів у напрямі основ виїмки, тобто підсилює руйнівну дію вибуху.

Дія вибуху в гірському масиві. В результаті вибуху стінки зарядної камери (тобто частини шпуру, свердловини тощо) зазнають динамічного тиску – удару газів, що утворилися. Внаслідок дії вибухової хвилі навколишнє середовище стискається газами вибуху, відбувається поступальний рух частинок середовища, які відриваються від масиву. Якщо середовище однорідне за опором, вибух заряду діє однаково в усіх напрямках, а вибухова хвиля поширюється в середовищі за так званими сферами дії вибуху: стиснення, викиду, розпушення, коливання (рис. 4.3).

Рисунок 4.3 – Сфери дії вибуху заряду:

1-стиснення; 2-викиду; З-розпушення; 4 — коливання

Сфера стиснення – шари середовища, які безпосередньо стикаються із зарядом, зазнають найбільшого напруження під час вибуху й залежно від фізико-механічних властивостей середовища ущільнюються (пластичні породи) або подрібнюються (скельні).

Сфера викиду – шари середовища, які оточують сферу стиснення, в яких напруження значно менше, але достатнє для руйнування порід і відкидання їх на значну відстань за наявності вільного виходу на будь-яку поверхню. При цьому виникає підривна воронка (конус викиду), діаметр якої залежить від величини заряду і властивостей середовища.

Сфера розпушення – шари середовища, які оточують сферу викиду й мають силу вибухової хвилі, недостатню для викиду на будь-яку поверхню, але спроможну вчинити руйнування середовища, тобто його розпушення.

Сфера коливання (стрясання) – шари середовища, які містяться за межами сфери розпушення й зазнають лише коливання, тому що вибухова хвиля не порушує зв’язок між частинками середовища.

В необмеженому середовищі викиду породи не виникає, в цьому випадку замість сфер викиду й розпушення утворюється сфера зруйнування середовища між сферами стиснення й коливання. При підриванні заряду дія його виявляється на вільній поверхні у вигляді підривної воронки, в якій залишається або викидається за її межі зруйнована порода.

На рис. 4.4 показано схему воронки вибуху та її елементи. Основним елементом воронки є лінія найменшого опору (л.н.о.) – найкоротша відстань від центра зосередженого заряду до найближчої відслоненої поверхні.

Рисунок 4.4 – Воронка вибуху та її елементи:

r – радіус воронки викиду; R – радіус сфери викиду; W – лінія найменшого опору; h – видима глибина воронки викиду

Показником дії вибуху називається відношення радіуса воронки вибуху до л.н.о.:

n=r/W

Зарядом викиду називається заряд, показник дії вибуху якого дорівнює одиниці або більший за неї.

Зарядом нормального викиду називається заряд, показник дії вибуху якого дорівнює одиниці.

Зарядом посиленого викиду називається заряд, показ­ник дії вибуху якого більший за одиницю.

Значення п беруть не більш як 3, тому що підвищення показника дії вибуху призводить до зростання втрати енергії газів і питомої затрати ВР.

Зарядом розпушення (або зменшеного викиду) називається заряд, показник дії вибуху якого менший за одиницю (0,75 < п < 1,00).

Проходка підземних гірничорозвідувальних виробок за підривним способом. У загальному обсязі проходки підземних гірничорозвідувальних виробок 96-98 % припадає на частку горизонтальних, причому за довжиною 70 % становлять штольні, квершлаги, штреки, а 30 % – розсічки. Близько 30 % горизонтальних виробок мають переріз до 5,1 м², а 70 % – від 5,1 до 7,5 м². Приблизно 40 % виробок мають довжину понад 300 м. Основні обсяги проходки підземних гірничопрохідницьких виробок (близько 98 % за довжиною) виконуються в скельних породах, у тому числі 45 % – в міцних і дуже міцних породах XV-XX категорій. Основним способом проходки підземних виробок є підривний – 98 % загального обсягу.

Врубові та відбійні шпури. При проходці підземних гірничорозвідувальних виробок за підривним способом у суцільному вибої виробки бурять так звані врубові та відбійні шпури за певною схемою (рис. 4.5).

Рисунок 4.5 – Схема розміщення врубових і відбійних шпурів у суцільному вибої: 1 - врубові шпури; 2, 3 - відбійні шпури

Призначення врубових шпурів – утворити додаткові площини відслонення (вруб), що дає найбільший ефект при підриванні.

За наявності врубу використання довжини шпурів стає найкращим, тобто коефіцієнт використання наближується до одиниці. Під КВШ (коефіцієнт використання шпуру) розуміють відношення мінімального просування виробки після вибуху зарядів ВР до довжини шпуру.

Призначення відбійних шпурів – утворювати проектний контур виробки. Порядок підривання в горизонтальних виробках: вруб, внутрішні ряди відбійних шпурів (від врубу до периферії), бічні шпури, що оконтурюють, горішні та, в останню чергу, нижні шпури. Порядок підривання у вертикальних виробках: вруб, потім – концентричними колами – відбійні шпури; при прямолінійному перерізі вибою останніми підривають кутові шпури.

Вруби розрізняють залежно від форми вибою, характеру порід, гірничо-геологічних умов і поділяють на три основні групи: 1) однобічні вруби, коли вруб з одного боку оконтурено шпурами, а з другого – натуральною площиною відслонення; 2) вруби зі шпурів, що сходяться (клиноподібні), коли об’єм врубу оконтурено шпурами з двох або кількох боків; 3) прямі вруби, коли шпури бурять паралельно один одному й розміщують на відстані, що забезпечує руйнування породи підриванням одного заряду.

До першої групи врубів належать верхні, нижні та бокові; до другої – клинові, пірамідальні та конусоподібні; до третьої – бочкоподібні (призматичні) та щілиновидні. Можливе застосування комбінованих врубів. Наприклад, боковий вруб, підрізаний шпурами, пробуреними перпендикулярно до площини вибою, й створений при цьому однобічний клин; віялоподібний вруб застосовується за наявності прошарку слабкої породи, за принципом дії він наближається до однобічних, а за формою – до прямих врубів.

Однобічні вруби застосовуються при чіткому нашаруванні, кліважі, дзеркалі ковзання. В таких випадках шпур доводиться до природної геологічної площини. В нешаруватих породах застосовуються вруби із шпурів, що збігаються, а також прямі вруби залежно від способів буріння та поперечного перерізу виробок. У виробках малого перетину застосовуються прямі вруби.

Клиновий вруб бурять у горизонтальних вибоях великого та середнього перерізу завширшки більше ніж 2 м. Пірамідальний чи конусоподібний вруб застосовується для проходки вертикальних і крутопадаючих виробок великого та середнього перетину. Бочкоподібні та щілиновидні вруби бурять у піднесених і горизонтальних виробках завширшки до 2 м.

Проходження розвідувальних канав і траншей за підривними способами. Канави і траншеї проходять за методами розпушення та підривання на викид.

Розпушення ґрунту можна виконувати на весь переріз виїмки одним шаром або кількома, які, знімаються послідовно, що залежить від сили вибуху, міцності та складу порід.

Пошарова виїмка застосовується у важких, важкопідривних ґрунтах (наприклад, у багаторічномерзлих). У ґрунтах із наявністю уламкового матеріалу товщина верхніх шарів становить 0,5-0,7 м, а в деяких випадках і до 0,2-0,3 м; у моренних залишках із невеликим вмістом валунів – 1,7-1,8 м.

При розпушенні ґрунтів використовують метод шпурових зарядів, частіше багатошарові вибухи зарядів, при методі свердловинних зарядів – одношарові. Параметри розміщення зарядів визначають залежно від розмірів виїмки та міцності порід, в яких утворюються виїмки (канави, траншеї). Визначаючи параметри розташування зарядів, виходять із ряду факторів: у виїмках з шириною по верху, що майже дорівнює глибині, розпушення ґрунту здійснюється зарядами, які розміщуються в шпурах, свердловинах або лунках, розташованих в один ряд по осі виїмки; у виїмках з шириною по верху, меншою за її глибину, – двома рядами зарядів; при більшій ширині виїмки по верху – трьома й більше рядами зарядів: для миттєвого підривання заряди розташовують у шаховому порядку; для короткосповільненого – по квадратній мережі; відстані між зарядами в ряду й між рядами зарядів мають бути рівними.

Для зменшення розльоту осколків під час вибуху та підвищення ефективності ВР, а також спрямованості вибуху при дво-трирядному розташуванні зарядів для розпушення грунтів у виїмках використовують послідовне підривання: один із зарядів вибухає вмить, а другий і третій – з уповільненням 0,25-0,5 мс.

Метод розпушення потребує трудових витрат, тому його застосування слід скорочувати за рахунок прогресивніших способів проходки.

Метод підривання на викид розрахований на руйнування породи будь-якої міцності й викидання її за межі контуру виїмки; використовується для утворення канав, траншей, котлованів тощо. При такому методі звичайно застосовують свердловинні заряди, які дають двобічний викид породи. Однобічний викид породи (70-80 % в один бік) виникає при похилених свердловинних зарядах.

У щільних породах, які важко підриваються, похилені свердловинні заряди комбінують із підкольними зарядами зменшеного діаметра для забезпечення проектної глибини канави та підвищення спрямованості викиду породи до 90 %. Метод рекомендується для проходки канав і в неміцних скельних породах. Метод підривання на викид є найпродуктивнішим за різних умов.

При розпушенні ґрунтів за методом шпурових зарядів перед початком робіт, виходячи з геологічних умов, визначається кількість шарів і їхня потужність, робиться розрахунок параметрів цих робіт.

Розрахункові параметри уточнюються в результаті серії дослідних вибухів, лише після цього складається й затверджується паспорт бурових робіт.

Питання для самоперевірки:

1 Що таке шпур?

2 Які способи буріння шпурів Ви знаєте?

3 Схарактеризуйте ручне буріння шпурів.

4 Що Ви знаєте про буріння шпурів перфораторами?

5 Що Ви знаєте про буріння шпурів мотобурами та термобурами?

6 З яких операцій складаються прострільно-підривні роботи?

7 Що таке вибух?

8 Що таке вибухова речовина?

9 Схарактеризуйте класифікацію порід за вибуховістю.

10 Що Ви знаєте про вибухове перетворення?

11 Що таке детонація?

12 Назвіть основні технологічні характеристики вибухових речовин?

13 Які вибухові характеристики вибухових речовин Ви знаєте?

14 Які способи підривання зарядів Ви знаєте?

15 Схарактеризуйте сфери дії вибуху у гірському масиві.

16 Що таке сфера стиснення?

17 Що Ви знаєте про сферу викиду?

18 Що таке сфера розпушення?

19 Що Ви знаєте про сферу коливання (стрясання)?

20 Як визначається показник дії вибуху?

21 Схематично зобразіть характер дії зарядів.

22 Що Ви знаєте про проходку підземних гірничорозвідувальних виробок за підривним способом?

23 Що таке врубові та відбійні шпури?

24 Назвіть основні параметри буропідривних робіт при клиновому врубі?

25 Розкажіть про методи розпушення та підривання на викид при проходженні розвідувальних канав і траншей.