Источник: Збірка тез доповідей I Всеукраїнської наукової конференції з хімії та хімічної технології студентів, аспірантів та молодих вчених (27-29 квітня 2006 р., м. Київ) - К.: 2006. - 200 с. (с. 150)
Представлены результаты исследований по установлению величины донной забойки в шпурах, уточнению оптимальных интервалов замедлений, с учетом которых разработана новая конструкция шпуровых зарядов ПВВ V и VI классов. Приведены результаты экспериментальных испытании этих ПВВ при сотрясательном взрывании на пластах, опасных по ГДЯ.
Известно, что забои подготовительных и очистных выработок, проводимых по выбросоопасным пластам, отнесены к выработкам повышенной опасности по метану и действующими нормативными документами допускается для сотрясательного взрывания использование ПВВ IV класса. Применение недостаточно безопасного, но относительно мощного ВВ IV класса обусловлено необходимостью обеспечения наиболее полной отбойки горного массива и исключения ручных инструментов и механизмов для оформления забоя выработки. Вместе с тем, применение таких ВВ значительно повышает вероятность воспламенения метана и угольной пыли в шахтах.
В связи с этим, по указанию Госнадзорохрантруда и Минтопэнерго Украины были выполнены работы [1] и [2], в которых изложены научные обоснования о необходимости и возможности замены для сотрясательного взрывания вместо ПВВ IV класса на более безопасные, но менее эффективные ПВВ V и VI классов и разработаны научнообоснованные параметры буровзрывных работ с применением этих более безопасных ВВ (масса заряда, глубина шпуров, удельный расход ВВ на 1 м выработки и др.).
Целью настоящей работы является обобщение результатов, полученных при проведении экспериментальных испытаний ПВВ V и VI классов при сотрясательном взрывании для уточнения параметров БВР и области применения угленита 13П (V класс) и угленита 10П (VI класс).
Для достижения этой цели в данной работе были поставлены и решены следующие задачи:
- исследование и разработка новой конструкции шпурового заряда из ПВВ V и VI классов;
- исследование и уточнение оптимальных интервалов короткозамедленного сотрясательного взрывания;
- экспериментальные испытания ПВВ V и VI классов в забоях выработок, проводимых на пластах, опасных по ГДЯ.
В процессе проведения исследований по разработке безопасных и эффективных параметров сотрясательного взрывания из ПВВ V и VI классов было выявлено, что на величину массы шпурового заряда (один из основных параметров) существенное влияние может оказывать его конструкция [2]. Под конструкцией шнурового заряда следует понимать форму заряда и порядок расположения патронов ВВ в шпуре, соотношение объемов материала забойки и объема ВВ, место начала инициирования детонации в заряде (расположение электродетонатора в заряде), а также равномерность рассредоточения массы ВВ по длине шпура.
Современное состояние науки позволяет решать весьма важные вопросы управления действием взрыва ВВ при разрушении горных пород, полноты выделения и использования энергии взрыва, обеспечения безопасности и эффективности взрывных работ в шахтах, опасных по газу и взрывам угольной пыли.
Необходимость учета оптимальной научно обоснованной конструкции шпуровых зарядов для сотрясательного взрывания диктуется следующими факторами:
- увеличение глубины горных работ, в результате чего при сотрясательном взрывании происходит более 50% выбросов угля и газа в очистных выработках и около 90% - в подготовительных, что приводит к серьезным последствиям, т.е. при этом возрастает травматизм, снижаются темпы проведения выработок, увеличивается их стоимость и др.;
- показано, что конструкция заряда и марка (класс) ВВ (свойства ВВ и их взрывчатые показатели) в шпурах при сотрясательном взрывании влияют на величину тангенциального напряжения и его распределение по объему горного массива, а также на вероятность возникновения и развития внезапного выброса угля, породы и газа;
- способ инициирования колонкового шпурового заряда оказывает существенное влияние на, эффективность взрывной отбойки горного массива и вероятность воспламенения МВС детонирующим зарядом;
- существенную роль в повышении эффективности взрывных работ и их безопасности играет внутренняя забойка шпуров, при этом её конструкция, размеры и свойства забоечного материала влияют на эффективность сотрясательного взрывания в части предотвращения или снижения силы и частоты внезапных выбросов угля, породы и газа, происходящих при взрывных работах.
Перечисленные факторы определяют эффективность и безопасность сотрясательного взрывания и поэтому их необходимо учитывать при проведении БВР на пластах, опасных по внезапным выбросам.
Рассмотрим, как указанные факторы могут быть воплощены в элементы конструкции шпурового заряда. В работе [2] представлены результаты исследований по влиянию места расположения патрона-боевика в заряде и направление инициирования заряда ВВ на его предохранительные свойства при взрывании во взрывоопасных МВС. При этом показано, что способ обратного инициирования (патрон-боевик расположен у дна шпура или канала мортиры), для ПВВ V и VI классов более предпочтителен, чем прямой, так как он обеспечивает высокий уровень безопасности зарядов ВВ, взрываемых в комбинированной мортире, располагаемой во взрывной камере опытного штрека, заполненной взрывчатой МВС. Кроме того, в ряде работ [3, 4, 5] показано, что при распространении детонации по заряду ВВ от донной части шпура к устью, эффективность взрывных работ существенно повышается.
Экспериментами, проведенными в этих работах, установлено, что при обратном способе инициирования происходит увеличение КИШ в среднем на 12-14% по сравнению с прямым способом инициирования. Для достижения той же величины КИШ при прямом способе инициирования заряда потребовалось бы в среднем увеличить расход ВВ на 1 м проведения выработки на 10%. Вполне понятно, что для условий сотрясательного взрывания, когда в результате взрывания в забое горной выработки образуется взрывоопасная атмосфера, этот способ инициирования шпуровых зарядов более предпочтителен, чем прямой. Кроме того, при обратном инициировании происходит перераспределение импульса взрыва заряда ВВ, в результате чего его большая величина приходится на разрушаемую поверхность забоя, нежели на массив, находящийся в напряженном состоянии. Поэтому можно предположить, что при обратном способе инициирования заряда ВВ по сравнению с прямым, который широко применяется при сотрясательном взрывании, вероятность возникновения и развития внезапного выброса будет существенно меньше. Вместе с тем, при обратном способе инициирования возможен преждевременный взрыв электродетонатора в момент досылки патрона-боевика в шпур и соударения его об дно шпура. Устранить эту опасность можно путем создания смягчающей механическое воздействие на детонатор амортизационной «подушки», находящейся в донной части шпура. Такая «подушка» должна выполняться из забоечного пластичного негорючего материала. В соответствии с инструкцией по применению забойки шпуров можно рекомендовать для расположения в шпуре между патроном-боевиком и дном шпура гидрозабойку в полиэтиленовых ампулах или пастообразную смесь порошков-ингибиторов, помещенную в полиэтиленовые ампулы, которые предотвращают воспламенение МВС. Такое расположение забоечного материала в шпуровом заряде получило название донной забойки.
Роль забойки шпуров при взрывном разрушении горных пород исследована достаточно хорошо [3, 6]. В основном исследования были проведены для шпуровых зарядов ВВ, конструкция которых предусматривала расположение забойки у устья шпура. Этими исследованиями установлено, что эффективность действия забойки у устья шпура на действие взрыва ВВ наблюдается только до некоторой определенной длины забойки и что при длине забойки больше, чем оптимальная длина, происходит уменьшение эффекта взрыва. Для определения оптимальной длины ряд авторов этих работ рекомендуют формулы для расчета длины устьевой забойки. Наиболее известными являются формулы для расчета забойки К. Хино, И.И. Гогичева, Э.О. Миндели.
Экспериментальные испытания ПВВ V и VI классов - угленитов 13П и 10П проводились с целью уточнения разработанных научно обоснованных параметров БВР и области их применения при сотрясательном взрывании в производственных условиях шахт. В соответствии с разрешением Госнадзорохрантруда Украины, программой и методикой испытаний, требованиями ЕПБ при ВР и распоряжением Минтопэнерго Украины экспериментальные испытания угленитов 13П и 10П проводились на шахтах им. А.А. Скочинского, им. М.И. Калинина ГП «Донецкуголь», «Ясиноватская-Глубокая» и «Чайкино» ГП «Макеевуголь» в забоях выработок, проводимых на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа, где ранее применялись ВВ IV класса (аммониты Т-19, Ф-5, Г-5).
Мощность пластов, на которых проводились выработки, составляла 0,9-1,8 м, крепость угля f = 1,0-1,5, боковых пород f = 4-6, угол падения пластов составлял 8-22°.
В процессе испытаний ПВВ V и VI классов схемы расположения шпуров, в основном, использовались ранее обработанные для ПВВ IV класса, с включением научно обоснованных параметров БВР ПВВ V и VI классов (масса заряда на шпур, глубина шпуров, конструкция заряда, обратный способ инициирования шпуровых зарядов, интервалы замедления, количество шпуров и др.).
В процессе экспериментальных исследований было израсходовано 2500 кг угленита 13П и 1500 кг угленита 10П. Испытания этих ВВ проводились в угольных, смешанных и породных забоях с одной и двумя плоскостями обнажения, как в сухих, так и в обводненных забоях выработок.
Технико-экономические показатели испытываемых ПВВ V и VI классов сравнялись с показателями ВВ IV класса (аммониты Ф-5, Г-5). Анализ результатов экспериментальных испытаний показал следующее. В угольных и смешанных забоях при сотрясательном взрывании с использованием ПВВ V й VI классов - угленитов 13П и 10П в шпурах глубиной 1,2-2,2 м значение КИШ составляет 0,97-0,90, при этом расход ВВ на проведение 1 п.м. выработки увеличивается по сравнению с ПВВ IV класса: угленитом 13П - на 20-30%, а угленитом 10П-на 45-55%.
В породном забое (забой конвейерного уклона гор. 908 м шахты «Чайкино») при глубине 2,0-2,2 м значение КИШ при использовании ВВ V класса угленита 13П и ВВ IV класса аммонита Ф-5 получен КИШ 0,90-0,91 при увеличении массы заряда 13П по сравнению с Ф-5 на 12,4%.
За период экспериментальных испытаний ПВВ V и VI классов угленитов 13П и 10П случаев отказов, неполных детонаций шпуровых зарядов (остатки ВВ в «стаканах» шпуров), выгораний ВВ, газодинамических явлений и других аномальных явлений не было. Таким образом, в процессе проведения экспериментальных испытаний ПВВ V и VI классов при сотрясательном взрывании в различных горногеологических и горнотехнических условиях получены положительные результаты.
ВЫВОДЫ
На основании экспериментальных испытаний для обеспечения безопасности и эффективности сотрясательного взрывания при применении угленитов 13П и 10П с учетом физико-химических свойств, взрывчатых показателей, предохранительных свойств и устойчивости против выгораний шпуровых зарядов рациональной областью их применения следует считать:
- для ПВВ V класса - подготовительные и очистные забои выработок по углю и по породе, проводимых на выбросоопасных пластах пологого и наклонного падения;
- для ПВВ VI класса - подготовительные и очистные забои выработок по углю и по породе, проводимых на выбросоопасных пластах пологого и наклонного падения, в том числе в зонах геологических нарушений горного массива и в восстающих забоях выработок без ограничения угла восстания.