ОПУБЛИКОВАННЫЕ СТАТЬИ

Please reload

ДОБЫЧА БЛОЧНОГО КАМНЯ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИНЦИПА
«ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО КЛИНА»

В течении веков добыча камня осуществлялась механическим методами ( деревянные клинья, набухающие в воде, затем металлические, гидравлические, порошки НРС и т.д.)

С изобретением дымного пороха началась эпоха взрывных технологий. Дымный взрывной порох (ДвП) является древнейшим взрывчатым веществом (ВВ), до сих пор используемым при добыче блоков. Его большим преимуществом является низкоскоростной режим разложения в шпуре, обеспечивающий относительно "мягкое" воздействие на камень в сравнении с другими взрывчатыми веществами. В то же время ДВП опасен в применении: зажженный на воздухе, он взрывается даже в небольших количествах, легко воспламеняется под действием луча огня и искры, чрезвычайно чувствителен к механическим воздействиям. Исключительно опасна пороховая пыль, которая всегда присутствует в ДВП. Поэтому при обращении с порохом требуются дополнительные меры предосторожности. Все это, а также низкая производительность, легкая увлажняемость, приводящая к потере воспламеняемости, давно вызвали необходимость поиска более совершенных средств взрывной добычи камня. Детонирующий шнур (ДШ) в одну или две нитки обеспечивает высокую синхронность и стабильность действия, но вызывает наведенную микротрещиноватость (особенно в обводненных шпурах) и пожоги камня. Наряду с этим применение ДШ ограничено (при отколе по горизонтальной плоскости) высотой уступа 2.5 - 3 м, выше которой его работоспособности не хватает на сдвиг откалываемого блока, а образуется лишь трещина с разрушением камня в плоскости шпуров. Появившиеся позже различного типа заряды (ЗША-14. ЗША-25, ЗЭТ "Гранилен" и др.), инициируемые с помощью ДШ, не избавлены в полной мере от этих недостатков, к тому же некоторые из них не могут работать в обводненных или неглубоких шпурах, а ЗША-14, и особенно ЗША-25, требуют бурения шпуров (скважин) большего диаметра (42 и 105 мм), что удорожает и замедляет буровые работы. "К-трубки" фирмы "Форсит" (Финляндия) разработаны для отделения и разделки каменных блоков из прочных скальных пород. Заряды состоят из ВВ (по сути - низкоплотного динамита) и пластиковой трубки Герметичные патроны центрируются в шпурах зонтичными соединителями, что делает операцию заряжания простой и быстрой. Для инициирования взрыва "К-трубок" применяется ДШ с навеской ТЭНа 10 г/м. который касается каждого патрона. В России "К-трубки" широкого распространения не получили из-за некоторых организационно-производственных проблем и высокой стоимости.


Применение взрывчатых материалов на не больших карьерах блочного камня, во множестве открывающихся в настоящее время, сдерживается необходимостью создания и содержания инфраструктуры, обеспечивающей перевозку, складирование, охрану и использование взрывчатки, что существенно удорожает себе стоимость работ. Привлечение же подрядчиков специализированных организаций, проводящих взрывные работы, при некотором удешевлении стоимости этих работ нередко сопровождается несоблюдением графика ведения работ, что сдерживает темпы разборки откола (из-за невозможности оперативно ликвидировать "замки", "заколы" и т.д.) и обуривания нового скального блока. Таким образом, назрела необходимость разработки безопасного и эффективного средства добычи камня, обеспечивающего щадящее воздействие на породу и позволяющего oперативно использовать для дезинтеграции массивов персонал карьера. Этим насущным требованиям рынка в значительной степени удовлетворяют разработанные специалистами Научно-Производственного Коллектива "Конверсионные технологии" (НПК "КонТех") быстрогорящие. недетонирующие составы, снаряжаемые ими патроны. а также способ их применения для мягкого откола от скального массива и дезинтеграции по природным трещинам камнеблоков различных литологических разновидностей. Предлагаемые установки, получившие название "газогенератор давления шпуровой" (ГДШ), состоят из пластмассового герметичного цилиндрического контейнера с окислительной композицией на основе хлората натрия (NaCl) и технологических добавок. Контейнеры содержат от 30 до 250 г состава имеют диаметр от 22 до 32 мм и относятся к классу опасности при перевозке и хранении -  5.1 (окислители). Перед применением на карьере за 2-3 ч до зарядки в шпуры с контейнеров удаляют крышки, в их содержимое вводят определенное количество дизельного топлива, а вместо крышек устанавливают гермопробки с электровоспламенителями Полностью снаряженные контейнеры размещают в шпурах, забивают песком или отсевом щебня и после монтажа электрической цепи инициируют их от допущенных Госгортехнадэором РФ источников тока.


Суть метода дезинтеграции (разделения) массивов блочного камня при помощи ГДШ состоит в создании плавно нарастающего невзрывного нагружения блока давлением продуктов сгорания пиротехнической смеси в шпурах. Горение композиции в контейнерах не сопровождается возникновением ударных волн, а следовательно, и бризантного дробления контактной поверхности, что позволяет классифицировать данный способ как бездетонационный. Такой режим срабатывания газогенераторов ГДШ позволяет в очень широких пределах регулиро-вать степень нагружения массива и соответственно степень дезинтеграции от тонкой волосяной трещины при пассировке готовых блоков до перемещения отколотого блока на десятки сантиметров. Кроме того, при отделении блока от массива не только по вертикальной, но и по горизонтальной плоскости, есть возможность снять внутренние напряжения горной массы и вскрыть все естественные трещины камня (в том числе и плотные, минерализованные. сросшиеся*) путем заряжения горизонтальной строчки шпуров суммарным зарядом, достаточным для - подбрасывания» блока на высоту 0.3-0.5 м. Опыт (для крепких пород - гранита, габбро-диабаза) показывает, что массив при этом разделяется именно по естественным трещинам. Для карьеров блочного камня, требовательно относящихся к качеству своей продукции и особенно предприятий, совмещающих камнедобычу с последующей обработкой камня (распиловкой, полировкой), наличие внутренних скрытых трещин является крайне нежелательным явлением. Опасность для людей и оборудования при распиловке дефектных камнеблоков, а также высокая стоимость режущего инструмента вызывают необходимость гарантирования монолитности блоков, предназначенных для обработки. С применением ДШ такое "сотрясательное взрывание" невозможно. поскольку потребует перезаряда, что вызовет дробление и наведенную трещиноватость камня. Дополнительно к этому дымный порох вызывает пожоги камня. По сравнению с вышеуказанными средствами ГДШ обладает большей энергетической насыщенностью, что позволяет снизить удельный расход, увеличить шаг строчки шпуров при обуривании массива и. следовательно, уменьшить себестоимость буровых работ. Кроме того. ГДШ позволяет, при необходимости. оперативно регулировать энергетику и кинетику горения зарядов в широких пределах путем заполнения их большим или меньшим количеством дизельного топлива. Благодаря наличию герметичного пластмассового корпуса пенала установки ГДШ надежно работают в обводненных шпурах. Отсутствие наведенных трещин при отколе блоков с помощью предлагаемых газогенераторов объясняется дефлаграциоиным режимом разложения используемых составов и применением для инициирования электровоспламенителей вместо ДШ и электродетонаторов. Мягкое, щадящее воздействие на камень подтверждается тем фактом, что пластмассовые корпуса ГДШ остаются в значительной степени недеформированными. Сотрудниками НПК «КонТех» были проведены комплексные полигонные испытания, подтвердившие высокую степень безопасности при работе с газогенераторами. В ходе испытаний патроны ГДШ помещались в толстостенную стальную оболочку и бетонировались в ней. Инициирование осуществлялось как штатным ЭВУ. так и ЭД-8 в том числе через дополнительный детонатор из гексогена массой 15 г. Возможное проявление детонации определялось по следам на медных пластинах-свидетелях. закрепленных на корпусах газогенераторов. Отсутствие присущих взрыву следов бризантного действия на медных пластинах, кроме района рас-положения ЭД-8 и дополнительного детонатора. свидетельствует об отсутствии детонационных участков при горении газогенераторов в условиях замкнутого объема шпуров. Важно отметить, что штатное инициирование НПК «КонТех» вне шпура (на открытой поверхности) не вызывает воспламенения состава. Будучи подожженным от внешнего источника пламени, состав горит медленно, спокойно, со скоростью около 1 мм/с.


Дополнительно проводились испытания газогенерирующей смеси с дизельным топливом на критерий принадлежности к взрывчатым материалам по методике ООН. Состав снаряжался в бесшовную стальную трубу длиной 500 мм, внутренним диаметром 50 мм. толщиной стенки 4 мм. и инициировался с торца боевиком из флегматизированного гексогена массой 200 г. Наличие детонационных свойств в данных условиях определялось по длине деформированного участка трубы в сравнении с аналогом, заполненным инертным веществом (поваренной солью), а также по следам на стальной пластине, закрывающей противоположный точке инициирования торец трубы. Испытания показали, что содержимое газогенераторов ГДШ не обладает взрывчатыми свойствами.


Таким образом, всесторонние полигонные испытания подтвердили взрывобезопасность газогенераторов. а также повышенную, по сравнению с широко применяемыми в горных работах инициаторами ЭД-8. МБ-2Н. безопасность разработанных нами электровоспламенительных узлов на базе конверсионного элемента ЭКВ-2. После полигонного цикла были проведены контрольные испытания газогенераторов для отбойки пород различных литологических разновидностей (габбро-диабаз, габбро-норит. габброанартозит, лабрадорит, граносиенит. граниты - Дымовский, Летнереченский, Мансуровский, Сибирский, Южно-Сулгаевский). Из добытых при помощи ГДШ блоков со стороны плоскости откола отбирались керно- вые пробы, подвергавшиеся микроскопическим исследованиям Изменений кристаллической структуры минералов после отбойки газогенераторами по сравнению с исходным состоянием не отмечено. Кроме того, от блоков из точек расположения в шпуре газогенераторов вырезались фрагменты, на которых выполнялись аншлифы в нормальной и радиальной плоскостях относительно оси шпуров Полированные поверхности обрабатывались флуоресцирующим высокопроникающим раствором BRITEMOP 4455 для проведения дефектоскопии. После удаления излишков раствора с обработанных поверхностей и облучения их ультрафиолетом ни тангенциальных, ни радиальных трещин на прилегающей к патронам ГДШ поверхности не выявлено. Отсутствие наведенной трещиноватости косвенно подтверждено и распиловкой выколотых блоков на плитку толщиной 20 мм. Выход товарной продукции при этом со-ответствовал технологическим нормам для данных пород камня.


Наиболее полный комплекс исследований влияния патронов ГДШ на свойства добываемых камнеблоков проводился в Уральской государственной горно-геологической академии Опытно-промышленные работы, выполненные на Мансуровском и Исетском гранитных карьерах. позволили сделать следующие выводы:

  1. Прочностные характеристики гранита в зоне непосредственного действия газодинамического клина НПК «КонТех» на горную породу вблизи шпура не отличаются от характеристик, полученных на образцах, вырезанных из блоков путем буроклиновых работ, т.е. без газогенераторов.

  2. На полированных поверхностях образцов плит вокруг шпуров отсутствует радиальная трещиноватость и сеченость, характерная при воздействии взрывов на массив горных пород.

  3. Прозвучивание плиток импульсным ультразвуковым прибором УКВ-1м на частоте 60 кГц, выполненное вдоль и перпендикулярно направлению шпуров, показывает, что изменение скорости упругой волны незначительно и плавно снижается по мере удаления от шпуров в массив блока при замерах параллельно направлению шпуров и остается практически постоянным при замерах перпендикулярно оси шпуров.

  4. Выполненные испытания газодинамического клина НПК «КонТех» на Исетском гранитном карьере (Свердловская область) показали, что при его срабатывании происходит не дробление отделяемой горной массы, а откол монолита по плоскости разделения и естественным трещи-нам массива. Объем отделенного монолита размерами 5x2x2 м составил 20 м3.

  5. Газодинамический клин НПК «КонТех» срабатывает только в шпуре при наличии плотной забойки, вне шпура - не взрывается и не возгорается.

Весьма эффективным представляется применение газогенераторов НПК «КонТех» для выполнения скальной вскрыши вновь разрабатываемых месторождений, особенно пород осадочного происхождения Так. после врезки на глубину 3-4 м рыхление выветренных слоев может вестись горизонтальной подсечкой с длиной шпуров до б м. При этом полностью исключается дробящее влияние патронов ГДШ на основной плотный массив. Подобный метод сотрясательной* дезинтеграции по методике геолога А. Г Митрофанова был апробирован для месторождения габбро-диабаза По горизонтальной строчке шпуров производился отрыв массива объемом до 600 м3 и его интенсивное встряхивание путем подбрасывания на высоту до 0.5 м с целью вскрытия всех природных трещин и смещения отдельностей относительно друг друга для облегчения последующей разборки горной массы. Роль треть* ей открытой поверхности при этом выполняли плоскости субвертикальных трещин I и 2 по-рядков Такая рациональная организация вскрышного уступа с максимальным использованием природной трещиноватости и других горно-геологических характеристик месторождения не замедлила сказаться в значительном ускорении работ.


Таким образом, по результатам разработки газогенераторов НПК «КонТех» их полигонных и контрольных испытаний можно констатировать. что применение данных установок в практике добычных работ позволит повысить производительность и безопасность труда при сохранении природной целостности добываемого блочного камня.

© 1998  Россия, Санкт-Петербург, ООО "НПК Контех"

ПОИСК ПО САЙТУ

+7 (812) 719-63-64

+7 (921) 997-67-89

contec.spb@yandex.ru