Расчет и подготовка зарядов

Зарядом называют взрывчатое вещество, помещенное во взрываемой породе (или приложенное к ней) и подготовленное к взрыву. Величину заряда выражают в весовых единицах.

Заряды подразделяют на внутренние (шпуровые и скважинные.) и наружные — накладные.

По форме заряды могут быть сосредоточенными и удлиненными. Первые по форме близки к шару или кубу. К сосредоточенным также относят заряды, имеющие форму цилиндра с высотой, не превышающей пяти его диаметров, или прямоугольного параллелепипеда высотой не более пятикратной длины малой стороны его основания. У удлиненных зарядов длина более чем в 5 раз превышает указанные величины.
Наиболее эффективными являются внутренние заряды, у которых энергия взрыва в основном затрачивается на разрушение породы; у накладных зарядов большая часть энергии взрыва расходуется непроизводительно и, кроме того, взрывание накладных зарядов причиняет большой вред рыбному хозяйству. Поэтому, такие заряды можно применять в исключительных случаях, получая разрешение от Государственного рыбного надзора.

Рис. 143. Воронка взрыва

После взрывания внутреннего заряда на дне образуется воронка, имеющая форму, близкую к усеченному конусу, так как некоторая часть породы после взрыва падает в воронку.

Различают следующие элементы воронки взрыва (рис. 143):

а)  радиус воронки взрыва r, представляющий собой радиус окружности, образующей верхнее основание воронки взрыва;

б)  радиус действия взрываR — расстояние от центра взрыва до любой точки на окружности верхнего основания воронки взрыва;

в)     линия наименьшего сопротивления W (ЛНС) или действительная глубина воронки взрыва — наименьшее расстояние от центра сосредоточенного заряда до обнаженной плоскости породы АВ;

г)     видимая глубина воронки взрыва h — расстояние от поверхности разрушенной породы, упавшей обратно в воронку взрыва, до плоскости породы АВ, измеряемое по оси воронки взрыва.

Показатель действия взрыва, или показатель выброса n является частным от деления радиуса верхнего основания воронки взрыва r на линию наименьшего сопротивления W, т. е.

.                                            (61)

Заряды, образующие воронки с показателем n>1 называют зарядами усиленного выброса (рис. 144, а), при n=1 — зарядами нормального выброса (рис. 144, б), при n<1 — зарядами рыхления или уменьшенного выброса (рис. 144, в). У зарядов усиленного выброса значение показателя n достигает 3; заряды с большим значением n не применяют. Выброс породы прекращается при n<0,75.


Рис. 144. Виды воронок взрыва

Вес заряда нормального выброса (п=1) и заряда рыхления (п<1) определяют по формуле

,                           (62)

где    Q— вес заряда в кг;

КВ — показатель удельного расхода ВВ в кг на 1 м3 взрываемой породы;

W — линия наименьшего сопротивления в м.

При производстве скало- и камнеуборочных работ требуемую степень рыхления породы определяют намечаемым способом удаления подорванного грунта. Если удаление будет производиться одночерпаковым штанговым или многочерпаковым камнечерпательным снарядом, то вес зарядов можно устанавливать для рыхления породы (n<1), подсчитывая его по формуле

.                        (63)

При удалении грунта грейферами или многочерпаковыми снарядами с усиленными черпаками вес заряда принимают по формуле (62).
Вес накладного заряда на рыхление под водой определяют по формуле

,                             (64)

где    КН — удельный расход ВВ для накладного заряда;

WР — величина, равная полуторной глубине рыхления.

Если глубина над рузрушаемым накладным зарядом слоем скалы толщиной h меньше 2h, то вес накладных зарядов следует увеличивать: при отношении фактической глубины к 2h, равным 0,7 — на 25%; при отношении 0,35 — на 50%. Для промежуточных значений рассматриваемые величины определяют интерполированием.

Ледяной покров усиливает работу накладного заряда.

Величины КВ и КН зависят от свойств разрушаемой породы; их ориентировочные значения для внутренних и накладных зарядов на рыхление (n<1) помещены в табл. 17.

Первые значения КВ и КН — для хрупких структур; вторые— для особо крепких, не выветрившихся, для аммонита № 9; для других ВВ вводят коэффициенты, помещенные в табл. 16. Мерзлые грунты относятся к VII группе.

Удлиненные внутренние заряды в шпурах применяют при толщине разрушаемого слоя монолитной породы более 0,5 м.

Для разрушения породы до проектного дна шпуры заглубляют ниже его отметки с таким расчетом, чтобы затраты на дробление полезного слоя грунта были бы наименьшими.

В целях улучшения чистоты выработки и повышения эффективности взрывных работ увеличивают длину зарядов так, что подошва зарядов оказывается ниже проектного дна, уменьшают диаметр зарядов и расстояния между шпурами, бурят наклонные шпуры, проводят опытные взрывы для уточнения значения КВ. Кроме перечисленного, учитывают понижение уровня воды после разработки прорези и технологию уборки разрушенного взрывами грунта. Если по конструктивным особенностям скалоуборочных средств нельзя обеспечить уборку разрушенной породы до наивысших отметок остающихся неровностей, то взрывные работы проводят так, чтобы наивысшие отметки неровностей оказались на требуемую величину ниже проектного дна.

Рис. 145. Расположение шпуров в затылок

При обосновании технологии взрывных работ учитывают и то, что с уменьшением диаметра шпуров и с увеличением их количества возрастает время, затрачиваемое на производство буровых работ.

Для увеличения эффективности взрывов и наиболее полного использования имеющегося оборудования одновременно взрывают серии зарядов.

Заряды располагают в затылок (рис. 145) или в шахматном порядке (рис. 146).

При расположении зарядов в затылок расстояние между шпурами а в рядах и рядами b принимают одинаковыми, равными толщине удаляемого слоя, т. е. a=b=h.

При расположении зарядов в шахматном порядке (рис. 146) расстояние между рядами , а между зарядами ; в этом случае заглубление h=0,7а.

Перебур (заглубление зарядов ниже проектного дна) большей частью принимают не менее 1 м. Оптимальная длина заряда составляет 2/3 длины шпура. Вода, заполняющая остальную часть шпура представляет собой забойку.

Рис. 146. Расположение шпуров в шахматном порядке

Одновременно взрывают 4—5 рядов зарядов. Для улучшения чистоты выработки первый ряд зарядов серии закладывают так, чтобы получился вруб — глубокая борозда. Благодаря врубу, особенно при взрывании рядов зарядов с замедлением (см. ниже), повышается чистота выработки.

Вруб ослабляет сопротивление породы в плоскости подошвы забоя и улучшает перемещение породы в сторону — вниз по течению. Серии зарядов взрывают, начиная с низовой по течению части прорези. По мере удаления от вруба высота гребней увеличивается. Поэтому врубы устраивают через 4—5 рядов.

Для увеличения эффективности взрывных работ уменьшают ЛНС (W), применяя наклонные шпуры. В таких шпурах увеличивается длина забойки и повышается эффективность взрыва на скалывание породы (рис. 147). Это облегчает преодоление сопротивления по подошве забоя, но ведет к увеличению объема буровых работ. В наклонном шпуре линия наименьшего сопротивления WP меньше его длины. Это увеличивает забойку и улучшает действие взрыва.

При короткозамедленном взрывании отдельные заряды и их группы взрывают не мгновенно, а с интервалами, измеряемыми сотыми и тысячными долями секунды. Порода, разрушенная первым взрывом и еще не выброшенная из забоя, испытывает воздействие следующих взрывов, благодаря чему увеличивается время разрушения породы.

При короткозамедленном взрывании уменьшается сейсмическое действие взрыва, сокращается дальность разлета породы, обломки ее получаются более однообразными по размерам. Все это позволяет увеличивать вес одновременно взрываемых ВВ и снижает себестоимость буровзрывных работ. Эффективность применения короткозамедленного взрывания характеризуется данными табл. 18.

Рис. 147. Работа заряда в наклонном шпуре:
1 — шпур или скважина; 2 — заряд; а — перебур

Продолжительность замедления при шпуровом методе составляет от 10 до 25 миллисекунд; для скважинных зарядов — от 15 до 50 миллисекунд. Величина замедления зависит от толщины удаляемого слоя и крепости породы, поэтому ее уточняют по результатам опытных взрывов. Замедление бывает наиболее эффективным при взрывании серии шпуров с врубом. Устройство вруба второй серии зарядов целесообразно совмещать с первой серией взрывов; для третьей серии — со второй и т. д.

Между взрыванием вруба и смежного с ним ряда зарядов серии интервал замедления принимают 25 миллисекунд; для каждого следующего ряда интервал увеличивают.

Накладные заряды целесообразно применять для рыхления слоев грунта менее 0,5 м; при трещиноватых породах толщина слоя может быть больше. При слоях большей толщины породу разрушают послойно, убирая ее обломки после каждого взрыва.

При накладных зарядах исключаются трудоемкие буровые работы, упрощается технология производства взрывов и сокращается продолжительность рабочего периода.

К недостаткам рассматриваемых зарядов относятся: увеличение (в 40—50 раз) расхода ВВ, ограниченная толщина разрушаемого слоя, необходимость тщательной укладки и пригрузки зарядов, большой вред, который приносится рыбному хозяйству при взрывах этих зарядов.
Эффективность накладных зарядов зависит от их формы. Наилучшей является плоская форма в виде параллелепипеда с высотой 10—15 см.

Чем меньше высота заряда, тем эффективнее используется ВВ. Заряд должен плотно прилегать к взрываемой породе, для чего их удерживают грузами, находящимися с боков зарядов, но не снизу, так как в последнем случае ослабляется действие заряда. Место укладки зарядов должно быть очищено от наносов.

Для монолитных пород расстояния между накладными зарядами в ряду принимают равными от 3 до 3,5W, а расстояние между рядами от 2,7 до 3,0W; для трещиноватых пород указанные расстояния увеличивают. Заряды располагают в шахматном порядке.

Величину W принимают равной заданной глубине рыхления.

Вес накладного заряда для разрушения камня-одинца определяют по формуле:


,

где    КН — берут из табл. 17;

V — объем разрушаемого камня, м3.