Методы взрывных работ

Взрывные работы широко применяются в строительстве для разработки выемок, устройства насыпей, рыхления скальных пород и мёрзлых грунтов, ликвидации ледяных заторов, при сносе строений, в нефтяных и газовых скважинах и многих других работах.

В зависимости от способа размещения заряда, его формы и величины применяются различные методы взрывных работ, под которыми понимают выполняемые с применением взрывчатых веществ работы по разрушению твёрдых сред.

Метод наружных (накладных) зарядов

Метод наружных (накладных) зарядов заключается во взрывании зарядов, расположенных непосредственно на поверхности разрушаемого объекта.

Как правило, этот метод применяется при дроблении валунов, негабаритных кусков и уничтожения взрывоопасных устройств.

К достоинствам метода накладных зарядов относится отсутствие необходимости в бурении вспомогательных технологических углублений, для размещения зарядов взрывчатых веществ, что значительно уменьшает время подготовки взрыва.

При взрывании наружных зарядов необходимо их размещать так, чтобы взрыв одного заряда не нарушил соседние. Если это сделать не представляется возможным, то взрывание должно проводиться только одновременно (с применением электродетонаторов или детонирующего шнура).

Метод шпуровых зарядов

Метод шпуровых зарядов заключается во взрывании зарядов взрывчатых веществ, размещённых в пробурённых цилиндрических глухих отверстиях — шпурах.

Шпур — искусственное цилиндрическое углубление в твёрдой среде (горной породе, бетоне) диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м. Шпуры создаются и применяются для размещения зарядов при взрывных работах, для установки анкерной крепи, нагнетания воды или цемента в окружающий массив горных пород и т.п.

Перед заряжанием, поверхность у устья подлежащих заряжанию шпуров, скважин и других выработок должна быть очищена от обломков породы, буровой мелочи, посторонних предметов, шпуры (скважины) должны быть очищены от буровой мелочи (пункт 166 Федеральных норм и правил "Правила безопасности при производстве, хранении и применении взрывчатых материалов промышленного назначения").

При заряжании патрон-боевик, снаряжённый электродетонатором, должен быть расположен первым от устья шпура (скважины). При использовании неэлектрических систем инициирования с низкоэнергетическими волноводами расположение боевика в шпуре (скважине) должно быть выполнено в соответствии с инструкциями по их применению (пункт 168 Федеральных норм и правил "Правила безопасности при производстве, хранении и применении взрывчатых материалов промышленного назначения").

При заряжании без применения средств механизации допускается расположение патрона-боевика с электродетонатором первым от дна шпура. В этом случае дно гильзы электродетонатора должно быть направлено к устью шпура.

Заряжание шпуров (скважин) и монтаж взрывной сети на высоте более 2 м разрешается производить только с оборудованных подъёмных площадок (помостов), с полков, примыкающих к забою, площадок подъёмных механизмов или с применением погрузочно-доставочной техники в случаях, если это допускается технической документацией на указанную технику. При этом должна обеспечиваться безопасность работ, правильное размещение зарядов и монтаж взрывной сети. Заряжание шпуров (скважин) на высоте более 2 м с лестниц запрещается (пункт 177 Федеральных норм и правил "Правила безопасности при производстве, хранении и применении взрывчатых материалов промышленного назначения").

После заряжания верхнюю треть шпура заполняют забойкой – пластичной песчаноглинистой смесью, песком или буровой мукой. При заполнении шпуров (скважин) забоечным материалом или установке запирающих устройств необходимо соблюдать меры предосторожности, исключающие воздействие, в том числе химическое, способное вызвать несанкционированную детонацию на взрывчатое вещество и средства инициирования, находящиеся в шпуре (скважине). При этом электрический провод, детонирующий шнур и волноводы должны иметь слабину (пункт 175 Федеральных норм и правил "Правила безопасности при производстве, хранении и применении взрывчатых материалов промышленного назначения").

В качестве забойки для шпуров и скважин нельзя применять горючий материал. Влажные шпуры, заряженные негигроскопическими взрывчатыми веществами, вместо забивки можно заливать водой. При заряжении шпура применяют рассыпные и патронированные взрывчатые вещества, которые осторожно вводят в шпур и слегка уплотняют "забойником"- инструмент из искробезопасного материала (пункт 167 Федеральных норм и правил "Правила безопасности при производстве, хранении и применении взрывчатых материалов промышленного назначения"), диаметра, соответствующего диаметру шпура.

Метод шпуровых зарядов широко используется для разрушения различных материалов, например, железобетона при валке зданий и сооружений энергией взрыва, и горных пород, при дроблении негабаритных кусков, валунов, проходке тоннелей и добыче полезных ископаемых подземным способом.

Достоинства метода заключается в меньшей затрате взрывчатых веществ на разрушение единицы объёма разрушаемого материала в отличие от накладного заряда, т.к. полезное действие взрыва шпуровых зарядов намного эффективнее из-за размещения непосредственно в материале.

Метод скважинных зарядов

Метод скважинных зарядов заключается во взрывании зарядов взрывчатых веществ, размещённых в пробурённых цилиндрических глухих отверстиях — скважинах.

Скважина — искусственное цилиндрическое углубление в твёрдой среде (горной породе) диаметром более 75 мм и глубиной более 5 м. Скважины бурят буровыми станками и заряжают удлинёнными зарядами по всей высоте, за исключением самой верхней части, в которой размещается забойка.

Метод скважинных зарядов применяется при проведении глубоких траншей, а также на открытых и подземных горных работах для отбойки горных пород. Заряд взрывчатого вещества в скважине может быть сплошным или рассредоточенным. На практике применяются конструкции зарядов, рассредоточенных воздушными промежутками и с осевыми полостями.

Схема заряжания и забойки взрывных скважин аналогична схеме заряжания и забойки шпуров, с одним отличием — количество используемых взрывчатых веществ в разы больше, что позволяет проводить массовые взрывы — взрывные работы с применением взрывов смонтированных в общую взрывную сеть двух и более скважинных, котловых или камерных зарядов, независимо от протяжённости заряжаемой выработки, а также единичных зарядов в выработках протяжённостью более 10 м.

В случае бурения твёрдых пород станками огневого бурения, заряжание скважин, запрещается проводить ранее чем через 24 часа после окончания бурения.

Необходимость дублирования сети при использовании электронных систем инициирования, а также при производстве взрывных работ в подземных выработках определяется проектом буровзрывных (взрывных) работ.

Метод скважинных зарядов по сравнению с методом шпуровых зарядов, имеет следующие достоинства:

• в 4-5 раз повышается производительность труда рабочих по циклу буро-взрывных работ;
• на 20-40% уменьшается удельный расход взрывчатых веществ;
• создаётся одновременно взрывать неограниченное количество горной массы, позволяющее применять современные горные машины и механизмы;
• имеется возможность регулирования степени дробления горных пород взрывом современными различными методами.

При данном методе, скважины в массиве можно располагать вертикально, наклонно и горизонтально к плоскости горизонта. Наиболее широко применяются вертикальные скважинные заряды. Наклонные заряды имеют ряд достоинств по сравнению с вертикальными. Горизонтальные скважины на открытых разработках применяются редко.

Наибольшее применение на карьерах получили вертикальные скважины, при бурении которых обеспечиваются высокая производительность буровых станков и хорошие условия для механизированного заряжания скважин.

При наклоне скважины по углом равным углу откоса уступа сопротивление породы взрыванию постоянно по высоте уступа, что обеспечивает высокую степень дробления и хорошую проработку подошвы уступа. Горизонтальные скважины применяются в комбинации с вертикальными, при взрывании высоких уступов, в основании которых залегают породы небольшой крепости.

Метод камерных зарядов

Метод камерных зарядов — рыхление породы взрывом сосредоточенных зарядов большой массы, помещённых в специальные горные выработки (камеры).

Предварительно в массиве проходят подготовительные выработки (шурфы или штольни).

Шурф (нем. Schurf) — вертикальная (редко наклонная) горная выработка квадратного, круглого или прямоугольного сечения, небольшой глубины (редко более от 20 до 30 м), проходимая с земной поверхности для разведки полезных ископаемых, при инженерно-геологических изысканиях, для вентиляции, водоотлива, транспортирования материалов, проведения археологических разведок, спуска и подъёма людей и для других целей.

Штольня (от нем. Stollen) — горизонтальная или наклонная горная выработка, имеющая выход на поверхность, проведённая на местности со сложным рельефом.

Недостатки метода камерных зарядов:

• трудоёмкость проходки камер;
• значительный сейсмический эффект;
• неравномерность дробления горных пород и повышенный выход негабарита.

Метод камерных зарядов распространён на строительстве железных и шоссейных дорог, где необходимо сдвинуть большие массы горных пород.

Взрывание камерных зарядов разрешается проводить с применением детонирующего шнура, электродетонаторов, неэлектрических систем инициирования. В каждую зарядную камеру должно помещаться два боевика; взрывная или электровзрывная сеть должна дублироваться тем же способом, которым производится основное взрывание.

Боевики в камерных зарядах должны размещаться в жёстких прочных оболочках (ящиках, коробках).

Разновидностью метода камерных зарядов является метод малых камерных зарядов. Сосредоточенные заряды помещают в донные части рукавов — в горизонтальные или наклонные выработках малого сечения и небольшой длины.

Рукава проводят с применением буровзрывных работ или без них, обычно в мягких прослойках. Для создания камеры обычно простреливают пробуренные шпуры.

Расстояние между зарядами выбирают в зависимости от величины требуемого размера кусков породы и принимают от 0,8 до 1,2 сопротивления по подошве уступа.

Метод котловых зарядов

Метод котловых зарядов является разновидностью метода шпуровых и скважинных зарядов. Сущность его заключается в том, что в донной части шпура или скважины, путём взрывания (иногда неоднократного) небольшого заряда взрывчатого вещества, образуются расширения-котлы, для размещения в них основного заряда взрывчатого вещества.

Котловой заряд — заряд взрывчатых веществ, сосредоточенный в расширенной части скважины (котле).

По воздействию на массив котловые заряды различают на:

• заряды камуфлета;
• заряды рыхления;
• заряды выброса (сброса).

Котловой заряд камуфлета применяется при образовании (прострелке) котла, а также для различных специальных работ (перекрытия подземной части скважины, посадки кровли лавы, ликвидации пустот в зоне выработанной залежи и др.).

Котловой заряд рыхления используется в тех случаях, когда сопротивление по подошве уступа не может быть преодолено взрывом шпурового или скважинного заряда, или при необходимости уменьшения объёмов взрывного бурения.

Котловой заряд выброса (сброса) применяется при строительстве дорог, дамб, перемычек, плотин, создании осушительных и оросительных каналов, котлованов для различных сооружений и т.п.

В мягких породах, имеющих высокий показатель простреливаемости (свыше 50-100 дм³/кг) и позволяющих образовывать путём простреливания котлы больших размеров (от 50 до 100 м³ и более) с устойчивой кровлей, масса котлового заряда выброса достигает от 50 до 100 тонн и более. В этих случаях котловой заряд позволяет сократить трудовые затраты на горно-подготовительные работы для массового взрыва в 25-30 раз, а сроки подготовки в 5-10 раз при одновременном уменьшении стоимости взрыва на 10-15%.

Заряжание котлового заряда гранулированным взрывчатым веществом производится специальными машинами, иногда вручную. Патроны-боевики или дополнительные детонаторы (не менее двух) опускаются в котёл и размещаются по возможности на разных отметках в массе заряда. Инициирование заряда в основном осуществляется с помощью взрывной сети из детонирующего шнура.

Этот метод обычно применяется при отсутствии мощного бурового оборудования и при наличии сильнотрещиноватых пород. Однако производство предварительных взрываний требует охлаждения пород в котле перед заряжанием и значительных трудовых затрат на его образование.