9.2.1. Применение взрывчатых веществ при разработке
залежей и добыче полезных ископаемых
Применение ВВ в горном деле имеет точную дату отсчета. В
Словакии тиролец Каспар Бейдель 8 февраля 1627 г. использовал
заряды из дымного пороха для проходки штольни. Дымный по-
рох длительный период был единственным ВВ, которое исполь-
зовалось для различных взрывных работ. Даже после появления
более мощных промышленных ВВ (динамитов) дымный порох в
течение длительного времени не терял своего значения, так как
мощные динамиты при взрыве оказывали сильное дробящее
действие на породу, измельчая ее, тогда как ДП обеспечивал по- лучение крупнокускового материала. Однако подбором состава, изменением взрывчатых характеристик были разработаны дина- миты с необходимыми свойствами, и применение их на опреде- ленном этапе развития горновзрывных работ было вне конку- ренции. Появление аммиачно-селитренных ВВ (АСВВ) потесни- ло, а затем и полностью вытеснило динамиты. В настоящее время в списке аммиачно-селитренных ВВ на- считываются сотни наименований. Многие из них утратили свое значение, поскольку появились новые ВВ с такими свойствами, как водоустойчивость, водонаполненность, а также эмульсион- ные составы. Однако во взрывных работах все еще находят при- менение и порошкообразные, и гранулированные ПВВ. В горнодобывающей промышленности с помощью ВВ вы- полняется два основных вида работы. Это взрывные работы на выброс и взрывные работы на дробление, на отбой руды. Цель взрывных работ на выброс заключается во вскрытии за- лежей полезных ископаемых, которые далее разрабатываются открытым способом. В массиве поверхностного слоя готовятся камеры или скважины, в которые помещается большое количе- ство взрывчатого вещества. Заряды ВВ располагаются таким об- разом, чтобы при взрыве был направленный выброс грунта. На- пример, на Челябинском угольном месторождении для вскрытия слоя угля для открытой добычи и направленного выброса грунта был проведен взрыв 1800 т аммонита, заложенного в 36 камерах. В результате образовалась траншея длиной 1 км, шириной 80 и глубиной 20 м. На Воронцовском железном руднике (Урал) взрывом 95 т аммонита был снят 20-метровый заболоченный на- нос. При этом было перемещено 30 тыс. м3 болотистого грунта. Примеров подобных взрывов много. Грандиозный взрыв на вы- брос был проведен советскими специалистами в Ките в горном Байинчанском месторождении, где взорвано было 15667 т аммо- нита и проведена выемка 9 млн. м3 породы. На выполнение этой работы механическим путем потребовалось бы более 2,5 лет.
Крупные взрывы широко применяются на открытых выра- ботках и в карьерах для дробления породы, когда целью взрыва является «отбить» породу, раздробить ее на куски, с которыми могут работать ковшевые экскаваторы и погрузочные машины. Масштабы отдельных взрывов достигаю! значительных размеров. Например, в 1966 г. был произведен рекордный взрыв на дроб- ление на карьере «Медвежий ручей» Норильского горно- металлургического комбината, когда зарядами, общая масса кото- рых составляла 1500 т В В, было одновременно отбито 7 млн. тонн руды. Однако это уникальные взрывы. В шахтах и рудниках еже- дневно проводятся тысячи взрывов на дробление. Основная их цель - раздробит], крепкую породу, которая зачастую не подда- ется разрушению при механическом воздействии кайла или от- бойного молотка. В породе пробуриваются шпуры (цилиндриче- ские полости диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м), в них по- мещаются заряды ВВ, производится «забойка» шпура и подрыв ВВ, в результате которого происходит дробление породы. В горнодобывающей промышленности взрыв стал основным средством добычи полезных ископаемых. В СССР в 60-е годы, например, взрывным способом было добыто 40 млрд. тонн ми- нерального сырья, при этом израсходовано 6 млн. тонн ВВ. Только в Кузбассе ежегодно взрывается 60 млн. зарядов - в среднем 170 тыс. взрывов в сутки. При таких масштабах потребления ПВВ весьма существен- ными являются вопросы стоимости и эффективности работы ВВ. При рассмотрении рецептур АСВВ (раздел 7.1) было показано, что в последнее время В В готовятся из наиболее дешевых ком- понентов (АС + дизельное топливо, эмульсии растворов АС в масле и т.п.) по простейшей технологии, которая реализуется непосредственно на приисках. Эффективность работы взрыва постоянно повышалась путем поднятия энергетических параметров ВВ. Однако в результате глубоких научных поисков установлено, что эффективность за-
висит не только от свойств ВВ, но и технологии произведения взрыва, качества взрывных работ. При взрыве в грунте, как это было показано в главе 5, наблюдается бризантное (приконтакт- ное) и фугасное общее действие. Бризантное действие вызывает деформацию среды и сильное измельчение скальных пород или сжатие пластичных пород. Фугасное действие вызывает разру- шение, раскол, выемку породы. Основная доля работы прихо- дится на фугасное действие взрывчатого вещества. При этом объем механической работы (Л), которую теоретически может выполнить ВВ (потенпиал ВВ), равен теплоте взрыва (Q„), ум- ноженной на механический эквивалент тепла: эеделяется объем механической работы при условии адиа- иагического расширения продуктов взрыва от температуры и давления взрыва до нормальных условий (атмосферное давле- ние, 20°С). Однако на практике по ряду причин не происходит такой полной работы. Работа газов прекращается задолго до дос- тижения нормальных условий. Эта часть работы, которую про- извели продукты взрыва при расширении от состояния их при взрыве до реального уровня параметров по давлению и темпера- туре, называется идеальной работоспособностью ВВ (Ан). Она отражает теоретическую возможность реализации энергетиче- ского потенциала ВВ. Отношение Аи к А определяется как иде- альный термодинамический коэффициент полезного действия (КПД) взрыва - Пи'- и Значения ч.и для некоторых ПВВ приведены в табл. 9.8. Часто оценку мощности (работоспособности) ПВВ проводят по величине тротилового эквивалента о^.
Тротиловый эквивалент - это относительная величина, выра- жающая работоспособность ПВВ через показатель работоспособно- сти тротила, коэффициент которого определяется по уравнению Ранее показано, что Аи отражает теоретическую возможность реализации энергетического потенциала ВВ. В действительности доля энергии, расходуемая на полезные формы работы, состав- ляет 5-15% от идеальной работоспособности. Остальная часть идет на нагрев, деформиро вание твердой среды, а также теряется с газами взрыва. В связи с этим направление поиска увеличения эффективности работы только за счет повышения энергетиче- ского потенциала ПВВ не всегда приносило удовлетворительные результаты. Необходимо было найти пути повышения уровня коэффициента полезного действия ВВ. Работы в этом направле- нии позволили создать теюрию управления действием взрыва, основные положения которой заключаются в увеличении време- ни воздействия взрыва на окружающий массив. При кратковре- менности воздействия происходит громадная трата энергии на необратимые пластическше деформации, бризантное дробление породы в начальный период. Увеличить время воздействия взрыва на среду удается путем изменения внутренней газодинамики расширения продуктов детонации в зарядной кгамере. Отсюда вытекают и методы управления взрывом, которые указывают на необходимость уве- личения времени активнопо воздействия взрыва. Достигается это различными путями: созданием ВВ с малой скоростью детона-
- 7.4. Бездымные пороха
- 8. Принципы и пути снижения опасности
- 8.1. Основные требования к размещению
- 8.2. Автоматизация производства
- 8.3. Минимизация объемов загрузки
- 8.4. Экологические аспекты производства
- Часть III Применение взрывчатых материалов
- 9. Применение взрывчатых веществ
- 9.1. Применение взрывчатых веществ в
- 9.1.1. Артиллерийские снаряды и мины
- 9.1.2. Применение взрывчатых веществ в авиабомбах
- 9.1.3. Применение взрывчатых веществ в
- 9.2. Применение взрывчатых веществ в
- 9.2.1. Применение взрывчатых веществ при разработке