СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ НА ОБЪЕКТЕ БВР
METHOD FOR DETECTION OF RELATIVE SERVICEABILIYT OF EXPLOSIVES AT OBJECT OF BLAST-HOLE DRILLING

Изобретение относится к горной промышленности, строительству, а также к химической промышленности и может быть использовано при определении относительной работоспособности промышленных взрывчатых веществ с большими критическими диаметрами.
Критический диаметр современных промышленных взрывчатых веществ (ВВ), к которым относятся наиболее широко применяемые в горной промышленности эмульсионные ВВ (ЭВВ), AN-FO, а также ВВ, изготавливаемые из утилизируемых порохов, составляет 100-200 мм и выше.
Работать с такими ВВ, которые обладают низкой ударно-волновой чувствительностью в лабораторно-полигонных условиях во-первых сложно и опасно, слишком большую массу ВВ необходимо единовременно взрывать, а во-вторых накладно - достаточно большие затраты на опытные взрывы, в т.ч. на ВВ, а также на отчуждение значительных территорий (полигонов) и пр.
Для наиболее приемлемого из известных методов оценки работоспособности ВВ-метода сравнения размеров воронок в грунте, созданных взрывом на выброс, с использованием испытываемых ВВ [1, 2] необходимо обеспечить специальные условия - полигон со всей необходимой инфраструктурой, начиная со склада ВМ, блиндажа и специального оборудования, кончая отчуждением большой территории для оцепления опасной зоны, радиус которой при взрывах на выброс может превосходить 1 км.
Для получения объективных данных некоторые исследователи проводят подобные испытания в специальном бассейне, в котором размещают грунт со специальными свойствами, что также сопряжено с достаточно продолжительной подготовкой и высокой стоимостью подобных экспериментов.
При этом обслуживать такой полигон может только специально обученный персонал.
Кроме того, для доставки ВВ на специальный испытательный полигон требуется обеспечить: согласование маршрута движения, специализированный транспорт, охрану, в некоторых регионах требуется сопровождение МВД и т.д., что также связано с затратой времени и средств.
Однако даже если выполнить все вышеперечисленные условия нельзя быть до конца уверенным в полученных данных, что подтверждается выводом, сделанным в заключении работы [2], где отмечается, что использование песка в качестве среды для проведения взрывов имеет свои специфические особенности и полученные результаты не всегда могут быть количественно перенесены на горную породу, которую предстоит раздробить.
Видимо, учтя этот недостаток, американцы стали применять метод воронкообразования, осуществляемый путем взрывания при одной свободной поверхности, непосредственно в массивах разрабатываемых горных пород.
К недостаткам метода испытания ВВ по воронкообразованию относится трудность интерпретации результатов взрывов значительно больших масштабов, а также интерпретация результатов с формами полезной работы взрыва, отличными от выброса породы, - дробление и разрыхление с заданной интенсивностью, уплотнение и упрочнение различных материалов и др. [3].
В источниках [4, 5] и др. сообщается о возможности оценки качества различных ВВ по объему разрушенной взрывом горной массы. При этом под объемом разрушения обычно подразумевается та масса горной породы, которая поддается экскавации и транспортировке на обогатительную фабрику, в отвалы и др. места. Однако энергия взрыва расходуется не только на дробление и перемещение той части породы, которая непосредственно отрывается от остального массива. Действие взрыва распространяется и вглубь массива, что приводит к предварительному его разупрочнению. Заблаговременное образование мелких, волосяных трещин в породах неразрушенного массива положительно сказывается на эффективности последующих технологических взрывов в карьерах [6]. Кроме того, в «ненарушенном» массиве в зависимости от мощности ВВ и др. причин технологического характера могут наблюдаться следующие явления: вспучивание пород, образование трещин (видимых и невидимых невооруженным глазом), различные подвижки фрагментов породы, смещения блоков, оползни и пр., а также заброс породы от предыдущих взрывов. Одним словом, происходит изменение объема не только разрушенной взрывом и отделенной от массива породы, но и изменение объема породы, непосредственно прилегающей к отбитому (оторванному от массива) блоку.
До внедрения лазерного сканирования практически не было возможности определять точное изменение общего объема породы (грунта). Проводимые ранее измерения с использованием рейки и примитивных приборов давали приблизительные (округленные) результаты по ограниченному числу точек, что не могло отражать достаточно точно реальную картину как по объемам отбитой взрывом породы, так и по форме ее развала. Что уж тут говорить об изменениях объема и формы остального «ненарушенного» массива.
В связи с этим считаем, что применяемые сегодня способы определения относительной работоспособности ВВ, описанные выше и в приведенных источниках, практически не учитывают многие изменения объективных показателей горного массива после взрыва, т.е. морально устарели, поэтому сегодня их уже не целесообразно применять в условиях реальных горных предприятий.
Заявленное изобретение направлено на снижение затрат и обеспечение оперативности при организации и проведении испытаний промышленных ВВ с низкой ударно-волновой чувствительностью, при этом отпадает необходимость в проведении весьма затратных лабораторно-полигонных испытаний, а также в проведении каких-либо других взрывов, не имеющих непосредственного отношения к основному технологическому процессу горного предприятия.
Данный способ может быть эффективно реализован на любом горном предприятии или строительном объекте, где осуществляются буровзрывные работы (БВР). При этом оценка работоспособности ВВ проводится не в случайных грунтах или породах и не при взрываниях на выброс, а как раз в тех породах и с применением той технологии, которая используется конкретным горным предприятием и/или будет использоваться им в дальнейшем, т.е. для реализации предлагаемого способа практически не потребуются дополнительные затраты.
Технический результат достигается тем, что в способе определения относительной работоспособности взрывчатых веществ, включающем бурение скважин с верхней поверхности уступа, расположение в них взрывчатых веществ и проведение взрыва с рыхлением породы при обрушении уступа, по результатам испытаний базисного и испытываемого взрывчатых веществ сравнивают разницу в изменении объемов разрушенной породы до и после взрыва в абсолютных показателях, затем определяют коэффициент относительной работоспособности взрывчатого вещества, путем деления изменения объема породы, вызванного взрывом нового взрывчатого вещества, на изменение объема породы, полученного в результате применения базисного взрывчатого вещества, при этом объемы блока до и после взрыва оперативно определяют при помощи лазерного сканирования.
Предлагаемый способ реализуется путем бурения обособленных скважин вблизи кромки уступа. Скважины располагаются на таком расстоянии друг от друга, чтобы сейсмический или др. факторы взрыва от одного скважинного заряда не могли повлиять на результаты взрывов других зарядов. Параметры бурения и конструкцию скважинного заряда рекомендуется принимать по типовому проекту (паспорту) БВР, принятому на данном горном предприятии, при этом подразумевается, что используется типовая скважина из первого ряда взрываемого блока. Если проект (паспорт) БВР отсутствует, то рассчитывается типичная конструкция скважинного заряда для рыхления с учетом свойств горных пород данного предприятия и свойств используемых ВВ.
Испытываемое и базисное ВВ заряжаются в разные скважины попеременно, например через одну, при этом продвижение при заряжании скважин должно происходит вдоль кромки уступа строго на одном горизонте. Рекомендуется, чтобы геологическая и маркшейдерская службы предприятия контролировали свойства горных пород и параметры бурения, стараясь обеспечить идентичные условия для всех взрывов во время испытаний.
Каждый заряд инициируется обособленно от других и замеры взорванного блока для последующего определения изменения объема породы выполняется сразу после взрыва, чтобы последующие взрывы не внесли помехи.
Количество повторов взрывов испытываемого и базисного (традиционного, например, применяемого здесь ранее) ВВ определяется требованиями статистики или по воле заказчика испытаний, например его финансовыми возможностями.
Объем той части блока (условного блока), где располагается скважина и возможны какие-либо подвижки, вспучивание породы, образование трещин и пр. в результате детонации скважинных зарядов, измеряется до и после взрыва. Примерный вариант блока до и после взрыва представлен на фиг.1: а-5 - вид блока сбоку; b-2 - вид блока сверху. Цифрами на фиг.1 обозначены: 1 - блок до взрыва; 2 - блок после взрыва; 3 - взрывная скважина; 4 - вывал разрушенной взрывом породы. По результатам испытаний базисного и испытываемого ВВ сравнивается разница в изменении объемов блоков до и после взрыва в абсолютных показателях, например в кубометрах. Затем, определяется коэффициент относительной работоспособности ВВ, например в %, путем деления изменения объема породы (блока), вызванного взрывом нового ВВ, на изменение объема породы, полученного в результате применения базисного ВВ. В принципе можно делать сравнения и в относительных единицах сразу, но для того, чтобы избежать ошибок при измерениях, параметры двух используемых блоков должны быть абсолютно одинаковыми. На практике в условиях реального горного предприятия подобрать и/или разметить идентичные блоки гораздо сложнее, чем использовать блоки с произвольными размерами, поэтому легче и точнее сравнивать абсолютные показатели изменения объемов блоков до и после взрыва.
В дальнейшем возможны варианты реализации данного способа, заключающиеся в единовременном взрывании сразу нескольких зарядов или целого промышленного блока. Однако в этих случаях качество дробления (разрыхления) горных пород может зависеть уже не только от характеристик испытываемого ВВ, но и от методов взрывания, в т.ч. от взаимодействия скважинных зарядов при взрыве между собой.
При проведении испытаний, кроме соблюдения идентичности условий по горным породам и обводненности скважин, необходимо обеспечить идентичные условия инициирования скважинных зарядов. При этом рекомендуется обеспечить нормальную высокоскоростную детонацию ВВ. Как показали результаты экспериментов по измерению скорости детонации в скважинных зарядах, проведенных в реальных условиях горных предприятий, нормальная, высокоскоростная детонация ВВ с низкой ударно-волновой чувствительностью достигается путем использования массивных (мощных) ПД, оптимальную массу которых рекомендуется подобрать опытным путем до проведения испытаний ВВ. Представленные на фиг.2 и 3 данные экспериментов по инициированию ЭВВ в сухих и обводненных скважинах, проведенных в 2005-2007 гг., показывают, что при недостаточной массе ПД в зарядах могут наблюдаться значительные отклонения от нормального детонационного процесса и даже срыв детонации, что сказывается на результатах взрыва. В этом случае результаты испытаний по определению относительной работоспособности ВВ могут оказаться не корректными.
Развитие современной техники позволяет уже сегодня оперативно определять и сравнивать объемы блока до и после взрыва. Это можно сделать, например, при помощи современных лазерных сканеров. Лазерное сканирование позволяет построить трехмерные модели практически любых горных объектов и их сечений. При этом погрешность вычисления объемов при использовании современных приборов находиться в пределах 1%.
Технология наземного лазерного сканирования заключается в измерении расстояний до большого количества точек, расположенных на снимаемом объекте (блоке). Измерения производятся со скоростью 2000 точек в секунду.
Суть метода состоит в практически мгновенном получении координат десятков тысяч точек, расположенных на сканируемом объекте - блоке. Для этого не нужен непосредственный доступ к блоку, не нужны отражатели или другие приспособления, необходима лишь прямая видимость всех частей блока. По результатам сканирования составляется трехмерная модель, успешно конвертируемая в CAD и ГИС - приложения.
Изменение объема породы блока или коэффициент разрыхления породы могут быть получены с высокой точностью в течение нескольких часов после проведения взрывных работ путем наложения друг на друга двух моделей (до и после взрыва).
В настоящее время существует несколько типов лазерных сканеров наземного базирования различных производителей. Они отличаются размерами, точностью, областью сканирования, дальностью, температурным режимом и другими параметрами.
Проводимые испытания при их грамотной организации в принципе не должны усложнить работу горного предприятия, при этом БВР во время испытаний используются по своему прямому назначению, обеспечивая дробление пород, т.е. не выпадая из технологического процесса, что не может быть осуществлено при использовании всех остальных известных методов испытаний работоспособности ВВ.
Литература
1. Кукиб Б.Н., Иоффе В.Б., Александров В.Е. Оценка работоспособности ВВ по результатам взрывов в песке. В кн.: Взрывное дело, №84/41 - М.: Недра, 1982, с.83-87.
2. Жученко Е.И., Иоффе В.Б., Кукиб Б.Н., Фролов А.Б. Оценка относительной работоспособности современных промышленных взрывчатых веществ. Взрывное дело: Горный информационно-аналитический бюллетень № ОВ5, М.: МГГУ, 2007, с.208-213.
3. Барон В. Д., Кантор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США. М.: Недра, 1989. - 376 с.
4. Миндели Э.О. Разрушение горных пород. М., Недра, 1975, - 600 с.
5. Суханов А.Ф., Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород. М., Недра, 1983, - 344 с.
6. Кук М.А. Наука о промышленных взрывчатых веществах. М., Недра, 1980, - 453 с.