Промышленные взрывчатые вещества и взрывные работы: полевое руководство по тому, что действительно работает под землей.
Если вы достаточно долго работаете в горнодобывающей промышленности или строительной отрасли, вы поймете, что взрывные работы — это не один навык, а три. Есть химия: знание того, что и зачем закладывается в скважину. Есть геометрия: куда закладывать скважины, в каком порядке и под каким углом. И есть умение оценивать ситуацию: понимать, когда стандартный расчет неверен для грунта, на котором вы стоите.
В этом руководстве рассматриваются первые два пункта. Третий вы получите на собственном горьком опыте.
Кухня для работы со взрывчатыми веществами: что есть в наличии и когда её использовать
Промышленные взрывчатые вещества делятся на три основные категории в зависимости от того, где их использование разрешено законом, и понимание этих категорий поможет избежать ошибок в документации, которые могут привести к закрытию объекта.
Первая категория — взрывчатые вещества, пригодные для использования на любой местности и при выполнении любых задач. Это взрывчатые вещества, относящиеся к категории безопасных, иногда называемые разрешенными взрывчатыми веществами или взрывчатыми веществами для угольных шахт. Их состав разработан таким образом, чтобы минимизировать температуру и продолжительность пламени, что означает, что их можно использовать в подземных угольных шахтах, где метан и угольная пыль превращают каждую искру в потенциальную катастрофу. Если вы проводите взрывные работы в местах с риском образования газов, это единственный класс взрывчатых веществ, к которому вы можете прикасаться.
Вторая категория — взрывчатые вещества общего назначения для инженерных работ. Подходит для прокладки туннелей, разработки карьеров и наземного строительства в местах, где нет опасности образования горючих газов или пыли. Не допускается использование под землей в угольных шахтах.
Третья категория — только поверхность. Открытые карьеры, выемки под дороги. Это высокоэнергетические составы с высокой бризантностью, которые были бы крайне небезопасны в замкнутом подземном пространстве. Используйте их там, где небо — ваша система вентиляции.
По химическому составу основным средством в отрасли являются взрывчатые вещества на основе нитрата аммония — АНФО и его разновидности. Они дешевы, легко смешиваются на месте и безопасны в обращении по сравнению с динамитом на основе нитроглицерина столетней давности. Компромисс: нулевая водостойкость. Если засыпать АНФО во влажную скважину, получится очень дорогостоящая буровая смесь. Для влажных условий используются взрывчатые вещества на основе водных гелей или эмульсий, которые могут находиться в грунтовых водах в течение нескольких часов и при этом надежно детонировать.
Эмульсионные взрывчатые вещества Они заслуживают особого упоминания, потому что незаметно стали стандартом для большинства серьезных взрывных работ. Высокая скорость детонации, превосходная водостойкость — даже лучше, чем у водорастворимых гелей, — и возможность закачки непосредственно в скважины с помощью механизированных систем загрузки. Отсутствие ручной обработки баллонов, меньшее количество людей у забоя, более короткие циклы загрузки. В подземной добыче твердых пород, где каждая минута простоя обходится в реальные деньги, это сочетание имеет значение.
Правила обращения со взрывчатыми веществами в угольных шахтах
Для угольных шахт существует собственная система классификации безопасности при работе со взрывчатыми веществами, и ознакомление с ней обязательно. Правило простое: чем выше риск воздействия газа, тем выше класс безопасности. Пять уровней, пронумерованных от одного до пяти.
В шахтах с низким содержанием газа, где добыча ведется в горных породах (не угольной), можно обойтись взрывчатыми веществами класса 2. При разработке угольных пластов или разработке смешанных угольно-каменных забоев в шахте с низким содержанием газа требуется взрывчатка как минимум класса 3. В шахтах с высоким содержанием газа необходима взрывчатка класса 4. А в шахтах, где ранее случались выбросы газа — когда метан под давлением внезапно вырывается из пласта — требуется взрывчатка класса 5, самая безопасная из доступных.
Одно непреложное правило, которое стоит запомнить: каждый выстрел в угольной шахте должен производиться с использованием взрывчатых веществ одного типа и одного класса безопасности. Никакого смешивания. Никакого «ну, у нас закончились патроны 4-го класса, поэтому мы используем пару патронов 3-го класса, чтобы закончить выстрел». Такое мышление убивает людей.
Детонаторы: спусковой крючок, изменивший всё.
Если вы работаете в сфере взрывных работ более десяти лет, вы помните переход от пиротехнических детонаторов замедленного действия к электронным. Это был непростой процесс — опытные специалисты не доверяли электронике, а первые системы имели проблемы с передачей сигналов под землей. Но в целом отрасль перешла на электронные детонаторы, и на то есть веские причины.
Электронные детонаторы обеспечивают точность синхронизации, недостижимую для пиротехнических задержек. Пиротехническая задержка имеет естественный разброс в несколько миллисекунд даже в пределах одного номинального значения задержки. Электронные детонаторы срабатывают с точностью до доли миллисекунды от запрограммированного времени, каждый раз. Для взрывных работ, требующих точной последовательности действий — например, при плавном взрыве по периметру туннелей, при контроле вибрации вблизи чувствительных сооружений — эта точность напрямую приводит к лучшим результатам.
Ещё одно преимущество, о котором все недостаточно говорят: отслеживаемость. Каждый электронный детонатор имеет уникальный идентификатор, который регистрируется при его программировании. Если что-то пойдёт не так — осечка, отключение, неожиданное показание вибрации — вы можете точно отследить, какой детонатор где находился в последовательности, и диагностировать, что произошло. С пиротехническими капсюлями вы будете гадать.
Один из строгих принципов для подземной добычи угля: общая задержка срабатывания электронного детонатора в угольной шахте не должна превышать 130 миллисекунд. Это окно возможностей для возгорания и эвакуации. Если это время превышает указанное, риск воспламенения смеси метана и воздуха резко возрастает.
Где проделать отверстия: геометрия взрывных работ в подземных выработках
В туннельном или штрековом снаряде три типа отверстий, и каждое из них выполняет свою особую функцию. Нарушение баланса может привести либо к образованию неровного, чрезмерно изрезанного профиля, либо к образованию плотного забоя, на очистку которого потребуется вдвое больше времени.
Вырезанные отверстия Сначала сверлят. Их задача — создать свободную поверхность — пустой объем, к которому может стремиться остальная часть заготовки. При забивке заготовок малого сечения, где глубина отверстия невелика, угловые срезы работают хорошо, и их проще установить. Для более глубоких заготовок и больших сечений стандартными являются прямые срезы с незаполненными разгрузочными отверстиями — они сверлят быстрее с помощью механизированных буровых установок большого диаметра и обеспечивают более высокую скорость продвижения за забивку.
Производственные отверстия — часто называемые разбивающими или дробящими отверстиями — выполняют основную работу. Они составляют основную часть снаряда, выстреливаемого после того, как выемка образовалась, и разбивают основной объем породы в полость, созданную выемкой. Равномерное расположение, постоянная нагрузка и правильная задержка между кольцами — вот что отличает чистое разрушение от скопления крупных валунов.
Периметральные отверстия Именно здесь взрывные работы превращаются в искусство. Эти отверстия определяют окончательный профиль туннеля. Слишком много взрывчатки – и вы переборщите материал, разбрасывая породу за пределы проектной линии, что означает необходимость дополнительной поддержки грунта и большего количества бетона в облицовке. Слишком мало – и вы недоборите материал, что означает необходимость привлечения дополнительной бригады для устранения труднодоступных мест. Грамотная техника взрывных работ – патроны меньшего диаметра, развязанные заряды, точная электронная синхронизация – позволяет получить готовые стены с видимыми следами бурения и перебором материала менее 50%. Это золотой стандарт.
Пескоструйная обработка поверхности: цифры, которые действительно имеют значение.
Взрывные работы в открытом карьере проще по своей концепции, чем подземные, но масштаб работ делает каждую ошибку дорогостоящей. Плохо спланированный взрыв уступа не только приводит к растрате взрывчатки — он оставляет неподходящий участок для следующего этапа, образует слишком крупные валуны, требующие вторичного разрушения, и разбрасывает обломки породы в опасную зону.
Для высоты уступов от 8 до 12 метров — оптимального значения для большинства карьерных и открытых горных работ — соотношение расстояния между скважинами к нагрузке должно составлять от 1,2 до 1,5. Бурение ниже уровня уступа должно составлять от 15% до 25% от его высоты, чтобы избежать выхода забоя залегающего материала. Длина забойной колонны должна как минимум соответствовать нагрузке у устья; если она короче, существует риск выброса обломков породы, которые будут выбрасывать забойный материал и обломки породы из скважины, как из пушки.
Последовательность обжига имеет большее значение, чем думает большинство людей. Прямой обжиг рядами прост в исполнении, но, как правило, отбрасывает насыпь вперед и приводит к неравномерному разрушению. Обжиг по V-образной схеме, когда последовательность начинается посередине и расходится веером в стороны, обеспечивает более плотную структуру насыпи и лучшее разрушение за счет столкновений частиц во время отбрасывания. Диагональный обжиг — это основной метод для большинства производственных взрывов: хорошее разрушение, простая схема подключения, предсказуемые результаты.
К чему всё это нас приводит?
Взрывные работы — это, по сути, дерево решений, замаскированное под контрольный список. Какое основание выбрать? Какой размер скважины? Влажная или сухая? Газоотводящий риск или его отсутствие? На поверхности или под землей? Рядом со зданием или в глуши? Каждый ответ влияет на выбор взрывчатого вещества, расчет времени и протоколы безопасности.
И еще один вопрос, который в последние несколько лет становится все более актуальным: нужны ли вообще обычные взрывчатые вещества? Для проектов, расположенных вблизи чувствительной инфраструктуры — автомагистралей, железных дорог, трубопроводов, жилых районов — не взрывные технологии разрушения горных пород все чаще становятся первоочередным выбором, а не запасным вариантом. Системы, использующие расширение газа вместо детонации, исключают разлет обломков, вибрацию и сложности с получением разрешений, связанные с обращением с опасными грузами класса 1. Когда не требуется зона отчуждения от взрыва, измеряемая сотнями метров, улучшаются как сроки выполнения проекта, так и отношения с местным населением.
Система взрывных работ с использованием кислорода (O2), в которой вместо химического взрыва используется расширение при фазовом переходе жидкого кислорода, заняла все более востребованную нишу именно в этих областях применения — снос городских зданий, разработка карьеров вблизи инфраструктуры, подводное удаление горных пород. Отсутствие разлета обломков, минимальная вибрация, отсутствие токсичных газов. Она не заменяет традиционные взрывные работы во всех сценариях — для масштабных взрывных работ на открытых карьерах по-прежнему требуется большое количество аммиачно-жидкостного шлака, — но для тех работ, где ограничения на взрывные работы являются основным препятствием, это вариант, заслуживающий внимания.
Краткий справочник: цифры, которые следует запомнить.
| Параметр | Ценить |
|---|---|
| Электронный детонатор угольной шахты с максимальной задержкой | 130 мс |
| Сохранение следов от отверстий по периметру, полученных в результате взрыва. | ≥ 50% |
| Глубина сверления верстака | 15-25% от высоты скамьи |
| Оптимальное соотношение расстояния между отверстиями и нагрузки (на поверхность). | 1.2-1.5 |
| минимальная длина стебля | ≥ нагрузка на ошейник |
| Время ожидания после взрыва (на поверхности) | ≥ 15 мин (30 мин при подозрении на осечку) |
| безопасное расстояние для кислородной системы | 100 м (рабочее расстояние 2-3 м) |
