Буровзрывные работы на карьерах


И. Б. Катанов, А. А. Сысоев


            БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ
            НА КАРЬЕРАХ


Учебное пособие








Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

УДК 622.235:622.271.32
ББК 33.133:33.22
     К29

                    Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВО «Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева»






Рецензенты:
кафедра открытых горных работ и электромеханики ФГБОУ ВО «Сибирский государственный индустриальный университет» (заведующий кафедрой кандидат технических наук, доцент В. В. Чаплыгин);
ведущий научный сотрудник Научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли доктор технических наук, профессор В. В. Иванов








     Катанов, И. Б.
К29      Буровзрывные работы на карьерах : учебное пособие / И. Б. Ката      нов, А. А. Сысоев. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. -208 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-0757-1

      Рассмотрена совокупность операций, необходимых при взрывной подготовке горной массы к выемке на открытых горных работах. Освещены вопросы технологии и обеспечения безопасности взрывных работ, дано обоснование их экономической целесообразности.
      Для студентов, изучающих горное дело. Может быть полезно специалистам в области горных работ.

УДК 622.235:622.271.32
ББК 33.133:33.22





ISBN 978-5-9729-0757-1

     © Катанов И. Б., Сысоев А. А., 2021
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

        ОГЛАВЛЕНИЕ


Предисловие....................................................6
Базовые термины...............................................11
1. Условия ведения взрывных работ.............................14
  1.1. Структурно-прочностные свойства вскрышных пород........14
    1.1.1. Структура взрываемого массива......................14
    1.1.2. Оперативная оценка структуры слоистого массива.....17
    1.1.3. Прочностные свойства пород.........................20
    1.1.4. Классификация вскрышных пород угольных разрезов....22
  1.2. Обводненность вскрышных пород..........................24
    1.2.1. Гидрогеологические условия ведения взрывных работ..24
    1.2.2. Технологические показатели обводненности взрывных блоков...................................................30
    1.2.3. Оперативная оценка обводненности взрывных блоков...34
  1.3. Основные показатели качества взрывной подготовки пород.35
  1.4. Горнотехнические факторы, влияющие на качество взрывной подготовки пород...........................................39
Рекомендуемая литература по разделу...........................45
Контрольные вопросы...........................................45

2. Буровое оборудование.......................................46
  2.1. Вращательное бурение с режущим инструментом............46
  2.2. Станки шарошечного бурения.............................48
  2.3. Станки ударно-вращательного бурения....................50
  2.4. Буровые станки зарубежных фирм.........................52
  2.5. Выбор диаметра бурения скважин.........................53
  2.6. Требования безопасности при бурении скважин............54
  2.7. Производительность буровых станков.....................56
  2.8. Затраты на бурение.....................................58
Рекомендуемая литература по разделу...........................60
Контрольные вопросы...........................................60

3. Промышленные взрывчатые вещества...........................61
  3.1. Краткая история создания взрывчатых веществ............61
  3.2. Классификации взрывчатых веществ.......................62
  3.3. Основные компоненты промышленных ВВ....................67
  3.4. Добавки к аммиачно-селитренным ВВ......................69
Рекомендуемая литература по разделу...........................70
Контрольные вопросы...........................................70

3

Буровзрывные работы на карьерах

4. Технология и безопасность изготовления взрывчатых веществ..71
  4.1. Гранулированные взрывчатые вещества....................71
  4.2. Водосодержащие взрывчатые вещества.....................79
  4.3. Требования к обустройству стационарных пунктов приготовления ВВ............................................88
Рекомендуемая литература по разделу...........................90
Контрольные вопросы...........................................90

5. Системы инициирования зарядов ВВ...........................91
  5.1. Огневое и электроогневое инициирование зарядов.........91
  5.2. Инициирования зарядов при помощи детонирующего шнура...96
  5.3. Неэлектрические системы инициирования.................100
  5.4. Инициирование зарядов ВВ электродетонаторами..........107
  5.5. Инициирование зарядов электронными детонаторами.......114
  5.6. Производство взрывов на карьерах по радиосигналу......119
  5.7. Выбор времени замедления при короткозамедленном взрывании . 120
Рекомендуемая литература по разделу..........................126
Контрольные вопросы..........................................126

6. Технология заряжания взрывных скважин.....................127
  6.1. Конструкции скважинных зарядов........................127
  6.2. Расчетные параметры буровзрывных работ................131
  6.3. Расчет параметров контурного взрывания................138
  6.4. Рекомендации по направлению бурения скважин в зависимости от угла падения напластований..............................139
  6.5. Оценка качества дробления породы взрывом..............142
  6.6. Процесс заряжания взрывных скважин....................144
    6.6.1. Общие положения технологии заряжания сухих и слабообводненных скважин...............................144
    6.6.2. Осушающие машины..................................146
    6.6.3. Механизированное заряжание скважин................155
    6.6.4. Заряжание обводненных скважин.....................158
    6.6.5. Механизированная забойка скважин..................162
Рекомендуемая литература по разделу..........................166
Контрольные вопросы..........................................166

7. Безопасность ведения взрывных работ.......................167
  7.1. Безопасное расстояние по разлету отдельных кусков породы при взрывании скважинных зарядов рыхления..................167
  7.2. Безопасное расстояние для зданий и сооружений по сейсмическому действию взрыва...........................169

4

Оглавление

  7.3. Безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны на здания и сооружения.....................................173
  7.4. Безопасное расстояние по действию УВВ на человека.....175
  7.5. Безопасное расстояние по действию ядовитых газов......176
Рекомендуемая литература по разделу..........................181
Контрольные вопросы..........................................181
8. Типовой проект ведения взрывных работ                     182
Рекомендуемая литература по разделу..........................189
Контрольные вопросы..........................................189

Заключение...................................................190
Список рекомендуемой литературы..............................190
Приложения...................................................194
Приложение 1. Характеристики типов ВВ для открытых работ.....194
Приложение 2. Пример расчета параметров БВР на угольных разрезах... 195
Предметный указатель.........................................205

5

        ПРЕДИСЛОВИЕ


     При проведении буровзрывных работ, связанных с подготовкой горной массы к выемке, в массиве бурят шпуры или скважины, в которых размещают, а затем взрывают заряды ВВ.
     Качество взрывной подготовки горной массы к выемке влияет на объемы добычи твердых полезных ископаемых, их стоимость и многие другие технико-экономические показатели открытых горных работ. Оптимизация параметров буровзрывных работ и обеспечение безопасности их проведения является актуальной задачей. Поэтому для наиболее качественного разрушения породы в конкретных горнотехнических условиях необходимо уметь правильно оценить структурно-прочностные свойства и обводненность массива, а затем выбрать средства для бурения скважин, ВВ, СИ, рассчитать параметры размещения зарядов ВВ в массиве, провести взрывные работы.
     Ассортимент промышленных ВВ достаточно большой. На открытых горных работах применяют как гранулированные и эмульсионные ВВ, так и их смеси в различных соотношениях, изготовление которых часто осуществляют в непосредственной близости от карьера. Тротилосодержащие ВВ стали применять значительно реже.
     Технологический процесс подготовки горных пород к выемке с использованием промышленных ВВ является наиболее опасным в горном производстве. Для обеспечения эффективного и безопасного проведения буровзрывных работ предусмотрено наличие специальных инструкций, наставлений и правил, без знания и соблюдения которых нельзя не только вести взрывные работы, но даже иметь какое-либо соприкосновение с взрывчатыми веществами и средствами для их инициирования.
     Управление промышленной безопасностью это процесс осуществления взаимосвязанных организационных и технических мероприятий с целью предупреждения аварийных ситуаций на опасных производственных объектах. С 1 января 2014 года в соответствии с п. 3 статьи 11 Федерального закона № 116-ФЗ от 21.07.1997 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» организации, эксплуатирующие опасные производственные объекты (ОПО) I или II класса опасности, обязаны создать систему

6

Предисловие

управления промышленной безопасностью (СУПБ) и обеспечивать ее функционирование.
     Открытые горные работы по добыче полезных ископаемых с применением взрывчатых веществ относятся ко II классу опасности.
     Обеспечение безопасного функционирования всех технологических процессов, связанных с проведением буровзрывных работ, основывается на взаимосвязях производственных служб горного предприятия и выполнении требований нормативных документов.
     Основным нормативно-правовым документом, регламентирующим безопасное ведение взрывных работ, являются федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при взрывных работах (ПБВР). ПБВР являются обязательными для выполнения организациями, осуществляющими деятельность, связанную с обращением взрывчатых материалов (ВМ) промышленного назначения.
     Организации, ведущие взрывные работы (работы с взрывчатыми материалами), должны иметь обученный персонал - исполнителей и руководителей взрывных работ, имеющих Единые книжки взрывника (ЕКВ). Такие организации должны получать разрешение на ведение работ с взрывчатыми материалами промышленного назначения.
     На взрывчатые материалы, применяемые при взрывных работах, необходимо иметь разрешение на их применение, выданное федеральным органом исполнительной власти в области промышленной безопасности. Все промышленные взрывчатые материалы (взрывчатые вещества, средства инициирования и прострелочно-взрывная аппаратура) относятся к I классу опасности и разделяются на группы совместимости при хранении и транспортировании, подклассы по чувствительности и классифицируются по условиям применения.
     ПБВР установлены общие требования к испытаниям и уничтожению взрывчатых материалов, а также требования к персоналу для взрывных работ, требования безопасности при применении средств инициирования, общие требования безопасности при ведении взрывных работ, требования безопасности по устройству и эксплуатации складов взрывчатых материалов и пр.
     Техническое руководство взрывными работами, подразумевающее управление технологическими процессами, связанными с об

7

Буровзрывные работы на карьерах

ращением с взрывчатыми материалами на производственных объектах, разработкой, согласованием и утверждением технических документов, регламентирующих порядок выполнения взрывных работ, возлагается на работников, имеющих горнотехническое образование, сдавших экзамены квалификационной комиссии и получивших ЕКВ. Право технического руководства взрывными работами получают лица, окончившие высшие и средние специальные учебные заведения с присвоением квалификации горного инженера.
     Лица, имеющие право руководства взрывными работами, допускаются к самостоятельной работе взрывниками без обучения после сдачи экзамена и стажировки в течение месяца.
     К производству взрывных работ допускаются лица, сдавшие экзамены квалификационной комиссии и получившие ЕКВ. После чего к самостоятельной работе они допускаются только после прохождения месячной стажировки под руководством опытного взрывника.
     При нарушении правил безопасности взрывник отстраняется от производства взрывных работ до проверки знаний.
     Общее руководство взрывными работами на предприятии возлагается на технического руководителя или на лицо, специально установленное приказом.
     Взрывник может выполнять только те виды взрывных работ, которые указаны в ЕКВ. При переходе на работу в другую организацию взрывник сохраняет право на производство того вида взрывных работ, который указан в ЕКВ, например, взрывные работы на открытых горных разработках или взрывные работы при проведении горноразведочных выработок и т. д.
     При проведении взрывных работ ЕКВ должны находиться непосредственно у взрывников.
     В помощь взрывнику разрешается назначать помощников, которые должны быть проинструктированы под роспись и под непосредственным руководством и контролем взрывника могут выполнять работы по подготовке взрыва, но не связанные с обращением со средствами инициирования и патронами-боевиками.
     Заведующими складами взрывчатых материалов и механизированными пунктами подготовки ВВ должны назначаться лица, имеющие право руководства взрывными работами, или взрывники

8

Предисловие

и раздатчики ВМ, прошедшие обучение по программе подготовки заведующих складами ВМ, с соответствующей записью в ЕКВ.
     При производстве взрывных работ (работ с взрывчатыми материалами) необходимо проводить мероприятия по обеспечению безопасности персонала взрывных работ, предупреждению отравлений людей пылью взрывчатых веществ и ядовитыми продуктами взрывов, а также осуществлять комплекс мер, исключающий возможность взрыва пыли взрывчатых веществ и взрываемой массы. Эти меры должны утверждаться руководителем организации (шахты, рудника, карьера и т. п.).
     Взрывные работы должны выполняться взрывниками под руководством лица технического надзора по письменным нарядам с ознакомлением под роспись и соответствующим наряд-путевкам и проводиться только в местах, отвечающих требованиям правил и инструкций по безопасности работ.
     При одновременной работе нескольких взрывников в пределах общей опасной зоны одного из них необходимо назначить старшим. Свои распоряжения он должен подавать голосом или заранее обусловленными и известными взрывникам сигналами.
     Взрывник во время работы обязан быть в соответствующей спецодежде, иметь при себе часы, необходимые приборы и принадлежности для взрывных работ, выданные организацией. При взрывании несколькими взрывниками часы могут быть только у старшего взрывника.
     Каждая организация, ведущая взрывные работы с применением массовых взрывов (на открытых работах это взрыв смонтированных в общую взрывную сеть двух и более скважинных, котловых или камерных зарядов, независимо от протяженности заряжаемой выработки, а также единичных зарядов в выработках протяженностью более 10 м), должна иметь типовой проект производства буровзрывных работ, являющийся базовым документом для разработки паспортов и проектов, в том числе и проектов массовых взрывов, выполняемых в конкретных условиях.
     Взрывание зарядов взрывчатых веществ должно проводиться по оформленной в установленном порядке технической документации (проектам, паспортам и т. п.). С такими документами персонал, осуществляющий буровзрывные работы, должен быть ознакомлен под роспись.

9

Буровзрывные работы на карьерах

     Проекты необходимо составлять для взрывания скважинных, камерных, котловых зарядов, в том числе при выполнении взрывных работ на строительных объектах, разрушении зданий и сооружений, простреливании скважин, ведении дноуглубительных и ледоходных работ, работ на болотах, подводных взрывных работ, при взрывании горящих массивов, выполнении сейсморазведочных работ, производстве иных специальных работ.

10

        БАЗОВЫЕ ТЕРМИНЫ



     Буровзрывные работы - это совокупность технологических операций по взрывной подготовке горной массы к выемке, включающих бурение скважин, заряжание их взрывчатым веществом, проведение монтажа взрывной сети, взрывание и оценку результатов взрыва.
     Буровые работы - это совокупность технологических операций по совмещению бурового става с осью скважины, бурению, подъему бурового става, перемещению станка на точку бурения следующей скважины.
     Буровой станок - это машина для бурения взрывных и горнотехнических скважин различного назначения, а также шпуров при открытой и подземной разработках полезных ископаемых.
     Взрывные работы (ВР) - это совокупность технологических операций по подготовке и производству взрыва, в том числе составление проекта взрыва, доставка ВМ на блок, подготовка боевиков и заряжание скважин ВВ с установкой в них боевиков, монтаж сети, расстановка постов, взрыв и осмотр результатов взрыва.
     Взрывчатое вещество (ВВ) - конденсированное химическое вещество или смесь таких веществ, способное при определенных условиях под влиянием внешних воздействий (трение, нагревание, удар) к быстрому самораспространяющемуся химическому превращению (взрыву) с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов.
     Взрывчатые материалы - общее наименование предназначенных к применению в промышленных целях ВВ, средств инициирования и прострелочно-взрывной аппаратуры.
     Взрыв ВВ - чрезвычайно быстрое химическое превращение, при котором выделяются тепло и большое количество сжатых газов, способных производить механическую работу разрушения и перемещения среды (воздуха, воды, породы и др.). Для разрушения породы ВВ необходимо эффективно расположить в виде заряда.
     Детонатор - средство для возбуждения первоначального импульса детонации (капсюль-детонатор, электродетонатор, электронный детонатор).

11

Буровзрывные работы на карьерах

     Детонирующий шнур (ДШ) - шнур с сердцевиной из мощного чувствительного ВВ, предназначенный для инициирования зарядов ВВ.
     Заряд ВВ - определенное количество ВВ, подготовленное к взрыву, с подсоединенным к нему средством инициирования (детонатора или промежуточного детонатора).
     Забойка - заполнение свободной от ВВ части скважины (шпура) со стороны устья инертным материалом.
     Единая книжка взрывника (ЕКВ) - единое по форме квалификационное удостоверение, дающее право выполнения взрывных работ.
     Капсюль-детонатор (КД) — небольшой заряд чувствительных инициирующих ВВ, размещенный в гильзе и инициируемый от огнепроводного шнура.
     Огнепроводный шнур (ОШ) - спрессованная из дымного пороха с пластифицирующими добавками сердцевина, завернутая в нитяные оплетки с гидроизоляционной прослойкой.
     Промежуточный детонатор (ПД) - небольшой заряд или шашка из высокочувствительного ВВ, предназначенный для возбуждения детонации основного заряда из менее чувствительного ВВ.
     Патрон-боевик - тротиловая или гексогеновая шашка, патрон аммонита 6ЖВ, сибирита, эмульсолита и т. п. с подсоединенным средством его инициирования (детонатор, ДШ).
     Скважина - это искусственное углубление в горной породе диаметром более 75 мм при любой глубине, пробуренное, как правило, буровым станком.
     Средства инициирования (СИ) - небольшие заряды высокочувствительных ВВ, размещенные в гильзах или оболочках с вмонтированным в них или подсоединенным к ним средством возбуждения их детонации от начального импульса (укол, нагрев, луч огня, детонационная волна, трение и т. п.).
     Шпур - это искусственное углубление в горной породе диаметром менее 75 мм при глубине до 5 м, пробуренное, как правило, бурильным молотком или перфоратором.
     Ударно-волновая трубка (УВЕ) - трубка, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем инициирующего состава, передающего ударную волну.

12

Базовые термины


     Удельный расход ВВ - количество ВВ, приходящееся на 1 м³ взрываемого объема породы.
     Электродетонатор (ЭД) - небольшой заряд чувствительных инициирующих ВВ, размещенный в металлической гильзе и инициируемый электрическим током.
     Электронный детонатор (ЭДЭЗ) - электродетонатор с микросхемой для управления временем замедления.

13