Повышение безопасности короткозамедленного взрывания

Б.В. Эквист

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ

КОРОТКОЗАМЕДЛЕННОГО

ВЗРЫВАНИЯ

Рассмотрены способы снижения сейсмического воздействия взрывных работ. Приведены данные по уровню потребления взрывчатых веществ и комплектов отечественных и зарубежных систем неэлектрического инициирования взрывов. Оценены допуски по замедлению в детонаторах и причины одновременных взрывов зарядов из разных групп по замедлениям. Рассмотрена взрывная сеть конкретного блока и проанализированы возможные взрывы зарядов из разных групп. Приведены результаты измерений сейсмических воздействий на окружающий массив горных пород с применением неэлектрической системы инициирования взрыва. Предложена методика расчета интервалов замедлений, позволяющая минимизировать сейсмическое действие взрыва на массив горных пород и повысить безопасность работ горных предприятий. Методика основана на анализе сейсмограмм взрывов записанных на расстоянии 150-200 м от него.

Ключевые слова: сейсмическое воздействие, неэлектрические системы, инициирования, взрыв, замедление, безопасность работ.

Введение

Взрывные работы, проводимые на горных предприятиях и в строительстве, вызывают негативное сейсмическое воздействие на производственную среду предприятий и другие охраняемые объекты. В настоящее время совершенствование способов повышения безопасности производственных процессов и условий труда работников при рациональном промышленном развитии имеет первостепенное значение, а технология взрывания предполагает нейтрализацию последствий взрыва.

С ростом глубины карьеров увеличивается угол откосов уступов и бортов, что повышает вероятность обрушений в результате сейсмического воздействия взрывных работ [1, 2]. Наличие на площадках дорогого оборудования также предполагает минимизацию сейсмического проявления взрыва [3, 4]. Одновременно увеличиваются объемы массовых взрывов, повышается расход взрывчатых веществ (в 2,5 раза по сравнению с уровнем 1996 г.) [5].

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 5. С. 389-394. © 2017. Б.В. Эквист.

УДК 622.235.

535.2: 622.235.4

Для уменьшения сейсмического проявления взрыва, повышения качества взрывных работ, снижения аварийности и травматизма в последнее время применяют элементы инициирования, не использующие электрический ток и способные изменять замедление между взрывами в широких пределах. Это отечественные системы неэлектрического взрывания СИНВ, «Искра», «Коршун», использование которых на предприятиях достигает более 10 млн комплектов.

Применяются также иностранные системы «Орика», «Но-нель», «Примадет», однако общий объем их использования в России не превышает 4%. Разработаны высокоточные электрические детонаторы с электронным замедлением [6]. Наличие на уступах карьеров и в подземных выработках дорогостоящей техники, а также инженерных объектов в зоне действия взрыва предполагает уменьшение сейсмического действия от взрывных работ [7—9]. Воздействие взрывных работ на инженерные объекты рассматриваются на основе моделей и экспериментальных исследований [10, 11].

Результаты исследования

По результатам исследований, проведенных на предприятиях ЗАО «Полюс» (Красноярский край) и компании «Кумтор», (Кыргызская республика), а также на ряде других, установлено, что короткозамедленное взрывание происходит с изменяющимися, относительно расчетных, интервалами замедлений между взрывами отдельных зарядов и их групп. Установлено [2, 3] что, если интервал замедления между взрывами зарядов выбран меньше отклонений по времени срабатывания замедлителей, то возможно увеличение сейсмического воздействия массового взрыва из-за суммирования сейсмических процессов от взрывов большего числа зарядов, чем расчетное число в группе замедления. Приводимые в инструкциях допуски на замедления могут не соответствовать реальному отклонению.

Для исследования параметров взрыва на карьере ЗАО «Полюс» было осуществлено взрывание блока с помощью отечественной системы инициирования «Искра». При измерениях регистрировали составляющие массовой скорости по трем взаимно перпендикулярным осям: Z — в вертикальной плоскости, X, Y — в горизонтальной; результирующее значение определяли как результат геометрического суммирования. Такая оценка наиболее полно отражает сейсмические процессы и воздействие на производственную среду.

0,5 1 1,5 2 2,5 Время, с

Взрываемый блок и сейсмограмма взрыва, инициированного с помощью системы неэлектрического взрывания «Искра»

В результате был зафиксирован одновременный взрыв 18 зарядов относительно расчетных 3. На сейсмограмме (см. рисунок) отмечены амплитуды скоростей от 18 и 2 одновременных взрывов.

Заключение

Приводимые в инструкциях допуски на замедления могут не соответствовать реальному отклонению, а проводить на производстве испытания не всегда возможно, поэтому целесообраз-

но последовательно уменьшать число одновременных взрывов нескольких зарядов, используя анализ сейсмограмм по следующей методике [12].

1. Записывается сейсмограмма взрыва, на которой максимальной частоте повторения групп одновременно взрываемых зарядов соответствует максимальная частота повторения массовых скоростей колебаний горной породы.

2. По этим значениям рассчитывают коэффициент сейсмичности, учитывающий частотные и динамические свойства массива K = V(R/Q1/3)3/2, где V — величина массовой скорости с наибольшей частотой повторения; Q — масса зарядов в группе с наибольшей частотой повторения.

3. Затем по формуле М.А. Садовского Qmax = V2maxR3/K2 определяют максимальную массу одновременно взорвавшегося заряда Qmax, соответствующая максимальной амплитуде зафиксированной скорости [2].

4. Зная массу одного заряда Q1, можно определить число одновременно взорвавшихся зарядов Nmax, соответствующих максимальной скорости сейсмического воздействия по формуле N = Q /Q,.

J max ^max '

5. Если максимальное число взорванных зарядов больше расчетного значения, то увеличивают интервалы замедления во взрывной сети на следующем блоке в зонах с максимальным сейсмическим проявлением и повторяют перечисленные действия до момента, когда число одновременно взорванных зарядов будет равно расчетному значению.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кутузов Б. Н. Безопасность взрывных работ в горном деле и промышленности. — М.: Изд-во «Горная книга», 2009. — 670 с.

2. Совмен В. К., Кутузов Б. Н., Марьясов А. Л., Эквист Б. В., Токарен-ко А. В. Сейсмическая безопасность при взрывных работах: учебное пособие. — М.: Изд-во «Горная книга», 2012. — 228 с.

3. Лыу Ван Тхык, Ле Конг Кыонг, Ле Ба Фык, Фан Нгу Хоань, Кузнецов В. А. Обоснование рационального удельного расхода ВВ при разработке вскрыши угольных карьеров Вьетнама // Горная промышленность. — 2013. — № 5. — С. 21—25. (на вьетнамском языке).

4. Mehdi Hosseini, Mehdi Seifi Baghikhani. Analysing the Ground Vibration Due to Blasting at AIvandQoly Limestone Mine// International Journal of Mining Engineering and Mineral Processing, 2013 2(2), рр. 1723, 10.5923/ j. mining. 20130202.01.

5. Кутузов Б. Н. Методы ведения взрывных работ. Ч. 2. Взрывные работы в горном деле и промышленности. — М.: Изд-во «Горная книга», 2008. - 511 с.

6. Кутузов Б.Н, Эквист Б.В., Брагин П.А. Сравнительная оценка сейсмического воздействия взрыва скважинных зарядов при использовании системы неэлектрического инициирования и электродетонаторов с электронным замедлением // Горный журнал. — 2008. -№ 12. - С. 44-46.

7. Господариков А. П. О некоторых результатах численного моделирования воздействия сейсмовзрывных волн на подземный нефтепровод // Современные проблемы науки и образования: электронный научный журнал. 2015. № 1. URL: http://www.science-education.ru/121-18630 (дата обращения 12.09.2016).

8. Гоподариков А. П. Математическое моделирование подземного нефтепровода при воздействии на него взрывных волн // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2014. — № 4. — С. 341-344.

9. Braun L. G. Seismic hazard evaluation using apparent stress ratio for mining-induced seismic events: Ph. D. Thesis, Laurentian University. 2015. - 257 p.

10. Chan Kuang Hiyeu, Nguyen Din Ahn, Nkhy Van Fuk, Belin V. A. Pilot studies of influence of diameter of explosive wells on seismic action of explosions on Nuybeo coal mine // Explosive technologies: conference materials, Hanoi, Vietnam, on October 22, 2015. P. 252-255.

11. Gorokhov N. L. The mathematical formulation and numerical implementation of dynamic problems of geomechanics using finite element method // Scientific Reports on Resource Issues. Vol 1. International University of Resources: Frierberg 2011. P. 205- 211.

12. Кутузов Б. Н., Совмен В. К., Эквист Б. В. Патент 2256873. Способ буровзрывной отбойки горных пород; заявл. 5.12.2004; опубл. 20.07.2005, Бюл. № 20. ЕИЗ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ

Эквист Борис Владимирович - доктор технических наук, профессор, e-mail: borisekwist@mail.ru, МГИ НИТУ «МИСиС».

The article is focused on the methods to reduce seismic impact of blasting. The data on consumed explosives and non-electric initiating systems of domestic and foreign manufacture are presented. Delay tolerances are evaluated, and causes of simultaneous blasting in different delay groups are discussed. Blasting design for a specific block and probable explosions of charges in different groups are analyzed. Measured seismic effects on surrounding rocks after explosion with the non-electric initiating system are reported. The proposed calculation procedure for delay intervals allows minimizing seismic impact due to blasting on rock mass and enables the increased safety of mining. The procedure is based on the analyses of seismograms recorded at a distance of 150-200 m from a blast. It is required to divide a seis-

UDC 622.235. 535.2: 622.235.4

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 5, pp. 389-394. B.V. Ekvist

IMPROVED SAFETY OF SHORT-DELAY BLASTING

mogram into ranges with respect to the amplitude. First, the number of peaks is determined in each range, and, then, the range with the most peaks (the highest repetition frequency) is picked up; this range conforms with the number of charges having the highest repetition frequency as well. Based on these values, a seismicity coefficient is calculated. Later on, the maximum velocity amplitudes are selected, and weight of a charge to generate such velocities is determined. In case that the weight of the charge exceeds the calculated value, the intervals of blasting in the next blocks are increased until the weights of the charges generating the maximum velocity amplitudes equals the calculated values.

Key words: seismic impact, non-electric initiating systems, explosion, delay, operational safety.

AUTHOR

Ekvist B.V., Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail: borisekwist@mail.ru, Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia.

REFERENCES

1. Kutuzov B. N. Bezopasnost' vzryvnykh rabot vgornom dele ipromyshlennosti (Blasting safety in mining), Moscow, Izd-vo «Gornaya kniga», 2009, 670 p.

2. Sovmen V. K., Kutuzov B. N., Mar'yasov A. L., Ekvist B. V., Tokarenko A. V. Seys-micheskaya bezopasnost' pri vzryvnykh rabotakh, uchebnoe posobie (Seismic safety of blasting, Educational aid), Moscow, Izd-vo «Gornaya kniga», 2012, 228 p.

3. Lyu Van Tkhyk, Le Kong Kyong, Le Ba Fyk, Fan Ngu Khoan', Kuznetsov V. A. Gornayapromyshlennost'. 2013, no 5, pp. 21—25.

4. Mehdi Hosseini, Mehdi Seifi Baghikhani. Analysing the Ground Vibration Due to Blasting at AlvandQoly Limestone Mine. International Journal of Mining Engineering and Mineral Processing, 2013 2(2), pp. 17-23, 10.5923/ j. mining. 20130202.01.

5. Kutuzov B. N. Metody vedeniya vzryvnykh rabot. Ch. 2. Vzryvnye raboty v gornom dele i promyshlennosti (Blasting methods, part 2. Blasting in mining and in production), Moscow, Izd-vo «Gornaya kniga», 2008, 511 p.

6. Kutuzov B. N., Ekvist B. V., Bragin P. A. Gornyy zhurnal. 2008, no 12, pp. 44-46.

7. Gospodarikov A. P. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya: elektronnyy nauchnyy zhurnal. 2015, no 1, available at: http://www.science-education.ru/121-18630 (accessed 12.09.2016).

8. Gopodarikov A. P. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2014, no 4, pp. 341-344.

9. Braun L. G. Seismic hazard evaluation using apparent stress ratio for mining-induced seismic events: Ph. D. Thesis, Laurentian University. 2015. 257 p.

10. Chan Kuang Hiyeu, Nguyen Din Ahn, Nkhy Van Fuk, Belin V. A. Pilot studies of influence of diameter of explosive wells on seismic action of explosions on Nuybeo coal mine. Explosive technologies: conference materials, Hanoi, Vietnam, on October 22, 2015. P. 252-255.

11. Gorokhov N. L. The mathematical formulation and numerical implementation of dynamic problems of geomechanics using finite element method. Scientific Reports on Resource Issues. Vol 1. International University of Resources : Frierberg 2011. P. 205- 211.

12. Kutuzov B. N., Sovmen V. K., Ekvist B. V. Patent RU2256873, 20.07.2005.