Расчет сейсмобезопасных расстояний при массовых взрывах с учетом схем взрывания скважинных зарядов с применением неэлектрической системы инициирования

Для достижения указанной цели и создания системы управления процессами угольных шахт на кафедрах ИГДиГ проводятся комплексные исследования по схеме: выявление по результатам экспериментов закономерностей сложного взаимодействия геомеханических, газодинамических, термодинамических и организационных процессов с учетом природных условий геомассива, в том числе его сейсмичности ^ математическое моделирование и прогноз оптимальных параметров шахт с реализаций проектной документации на действующих предприятиях ^ непрерывный автоматизированный мониторинг технологических процессов, оборудования и состояния геомассива ^ математическое моделирование и корректировка проектной документации.

Реализация указанной схемы осуществляется по разработанным на кафедре геотехнологии

СибГИУ технологии непрерывного производственного эксперимента и экспериментально-численного метода прогноза параметров шахт с участием вуза, создателей средств автоматизированного мониторинга, проектной и экспертной организаций, угледобывающего предприятия.

Эффективность предложенной технологической схемы проведения производственного эксперимента доказана в условиях шахты «Алардинская» в Кузбассе при отработке опасного по горным ударам угольного пласта. Работа оценена на Международной выставке-ярмарке «Уголь России и Майнинг» в 2015 г. золотой медалью.

© 2015 г. В.Н. Фрянов Поступила 19 июня 2015 г.

УДК 622.232

И.В. Машуков, В.В. Чаплыгин

Сибирский государственный индустриальный университет

РАСЧЕТ СЕЙСМОБЕЗОПАСНЫХ РАССТОЯНИЙ ПРИ МАССОВЫХ ВЗРЫВАХ С УЧЕТОМ СХЕМ ВЗРЫВАНИЯ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ИНИЦИИРОВАНИЯ

Буровзрывной способ разрушения горных пород является наиболее эффективным и единственно возможным для разрушения крепких руд и пород. Эффективность взрывной подготовки полезного ископаемого и вмещающих пород к выемке определяет технико-экономические показатели буровзрывного комплекса, производительность и безопасность последующих процессов горного производства и в целом всего предприятия. Основным способом взрывоподготовки горной массы к выемке является производство массовых взрывов сква-жинных зарядов. Общая масса взрывчатых веществ (ВВ) на взрыв составляет 50 - 300 т, а в отдельных случаях достигает 700 т. Такой масштаб взрывных работ относится как к открытому способу отработки, так и к подземному [1, 2]. В последнее время при подземной разработке стали широко применяться концентрированные заряды в восстающих выработках с массой ВВ 20 - 30 т и в пучковых скважинных зарядах по 2 - 3 т в заряде [3, 4].

Сейсмические колебания являются одним из вредных проявлений массового взрыва. Во многих случаях поселки с жилыми домами и зданиями социального назначения находятся в непосредственной близости от горнодобывающих предприятий. В этом случае постоянно проводимые массовые взрывы оказывают многократное сейсмическое воздействие на охраняемые объекты. Это может привести к образованию трещин в элементах строительных конструкций и потере их несущей способности. Поэтому кроме расчета безопасных расстояний по сейсмическому воздействию в большинстве случаев требуется проведение инструментальных наблюдений за уровнем сейсмических колебаний [5 - 7], которые не должны превышать предельно допустимых значений.

Сейсмическая безопасность производства массовых взрывов на горнодобывающих предприятиях обеспечивается требованиями Единых правил безопасности при взрывных работах [8], в проектной документации безопасные

расстояния по сейсмическому воздействию массовых взрывов рассчитывают по формулам главы VIII. В расчетах учитывают параметры заряжаемого блока, свойства грунтов в основании охраняемых объектов (зданий, сооружений и др.), состояние и значимость этих объектов.

При неодновременном взрывании N зарядов взрывчатых веществ общей массой Q со временем замедления между взрывами каждого заряда не менее 20 мс безопасное расстояние определяется по формуле

г = кг кса ^/з, с и '

где гс - безопасное расстояние от места взрыва до охраняемого здания, м, кг коэффициент, зависящий от свойств грунта в основании охраняемого здания, кс - коэффициент, зависящий от типа здания (сооружения) и характера застройки, а - коэффициент, зависящий от условий взрывания, Q - масса заряда ВВ, кг.

При определении значений N и Q можно не учитывать заряды, масса которых меньше массы максимального заряда взрываемой группы в три раза и более.

Исследованиями сейсмического эффекта при ведении взрывных работ установлены параметры, влияющие на интенсивность сейсмических колебаний, к которым относят общую массу заряда ВВ во взрываемом блоке, количество ступеней замедления, массу ВВ, взрываемого в одной ступени замедления, величину линии наименьшего сопротивления, глубину заложения зарядов, конструкцию заряда, количество и площадь свободных поверхностей вокруг одиночного скважинного заряда, схему короткоза-медленного взрывания (КЗВ), ориентацию взрываемого блока и рядов зарядов по отношению к охраняемому объекту, тип ВВ.

Применение короткозамедленного взрывания существенно снижает сейсмический эффект взрыва. Большое влияние на формирование и распространение сейсмовзрывных волн оказывает наличие выработанного пространства или нарушенных зон между взрываемым блоком и охраняемыми объектами. Выработанное пространство (выемка карьера, разрезная траншея и др.) оказывает экранирующее действие на сейсмовзрывные волны. Интенсивность их колебаний в два - три раза уменьшается по сравнению с прохождением волн через ненарушенный массив. Применение КЗВ позволяет внедрить в практику взрывных работ различные схемы инициирования: диагональные, порядные продольные, порядные поперечные, клиновые, волновые и др. Сни-

жение сейсмического воздействия на охраняемые объекты обеспечивается очередностью взрывания зарядов со стороны объекта.

В настоящее время на угольных разрезах применяется неэлектрическая система инициирования с использованием в скважинах устройств ИСКРА-С с замедлением 450 или 500 мс и в поверхностной взрывной сети устройств ИСКРА-П с замедлением 42 и 67 мс. Наиболее распространенной схемой монтажа взрывной сети на поверхности является выполнение магистральной линии из ИСКРА-П-42 вдоль блока по первому ряду от уступа и подсоединения к ней участковых линий из ИСКРА-П-67, проложенных по поперечным рядам. Такая схема монтажа является наиболее простой в выполнении и обеспечивает взрывание зарядов с замедлением взрывания каждого заряда по диагональным рядам. Во многих типовых проектах производства буровзрывных работ такая схема называется «диагональная схема взрывания с поскважинным замедлением» из предположения, что каждая скважина взрывается со своим временем замедления за счет установки поверхностных устройств с замедлением у каждой скважины.

Из предположения «поскважинного» замедления взрывания при расчете безопасных расстояний по сейсмическому воздействию в проектах массовых взрывов с «диагональной схемой взрывания с поскважинным замедлением» в формуле количество неодновременно взрываемых зарядов принимается равным количеству скважинных зарядов.

В качестве примера приведем расчет безопасного расстояния из проекта массового взрыва блока 131, проведенного 18.05.2010 г. на ООО «Разрез «Бунгурский-Северный». Общая масса ВВ на взрыв составила 41077 кг. Фактический удельный расход ВВ на отбойку по блоку составил 1,14 кг/м3. Скважины диам. 203 мм, глубиной 15 - 17 м расположены по сетке 5x6 м. Общее количество скважин в блоке 110 штук, общий объем бурения составляет 1671 м. В скважины устанавливали промежуточные детонаторы, изготовленные из шашек ПТ-П500 и ИСКРА-С-450. Скважины расположены в 15 рядов от одной до 10 скважин в ряду. В магистральной линии использовали ИСКРА-П-42, в участковых линиях - ИСКРА-П-67. Схема расположения и взрывания сква-жинных зарядов приведена на рисунке.

В расчете безопасного расстояния в проекте массового взрыва приняты следующие величины: количество неодновременно взрываемых зарядов принимается равным количеству

Схема монтажа взрывной сети блока 131 на ООО «Разрез «Бунгурский-Северный»

скважинных зарядов, N = 110; Q = 41077 кг; а = 1; кс = 2; кг = 15; к1 = 2; к2 = 2. Рассчитанное безопасное расстояние по сейсмическому воздействию составило 1234 м.

В Единых правилах безопасности при ведении взрывных работ [8] неодновременно взрываемыми зарядами считаются заряды или группы зарядов, время замедления между взрыванием которых составляет более 20 мс. Фактический интервал времени замедления между скважинными зарядами может составлять ноль (одновременное взрывание), 1, 2, 7, 8, 9, 16, 1 7, 25 и 42 мс, то есть в интервале 20 мс могут взрываться несколько скважинных зарядов.

Время замедления между взрыванием зарядов каждой скважины зависит от количества рядов и количества скважин в рядах, времени замедления в поверхностных средствах инициирования, их количества и схемы монтажа взрывной сети. Время замедления взрывания каждой скважины определяется суммой времени замедления на каждом устройстве ИСКРА-П при прохождении импульса по сети от начала инициирования схемы до каждой скважины.

Определить время подхода инициирующего импульса к скважине можно по табл. 1, в которой ячейки в столбцах соответствуют скважинам, соединенным в участковые линии, а ячейки верхней строки соответствуют скважинам магистральной линии (приведено фактическое время замедления взрывания скважинных зарядов - замедления подхода инициирующего импульса к скважине по поверхностной сети, которое определяется количеством поверх-

ностных устройств ИСКРА-П и временем замедления в устройстве; количество заполненных ячеек соответствует количеству скважин-ных зарядов).

Интервалы замедления между взрыванием зарядов составляют 0, 1, 7, 8, 9, 16, 17, 25 и 42 мс и определяются по табл. 2 (где приведено время замедления взрывания скважины по возрастанию). Количество скважинных зарядов, взрываемых в группе, составляет от 1 до 5. Количество неодновременно взрываемых зарядов составляет 40. Так как при определении значений N и Q можно не учитывать заряды, масса которых в три раза и более меньше массы максимального заряда взрываемой группы, то можно исключить первые три скважинных заряда, взрываемых с замедлением 0, 42 и 84 мс, имеющих массу ВВ соответственно 401, 401 и 370,5 кг, что составляет 1172,5 кг. К расчету принимаются 37 групп, взрываемых неодновременно. На основе проведенного анализа при расчете (по параметрам Q = 39904,5 кг; N = 37; а = 1; кс = 2; кг = 15; к, = 2; к2= 2) безопасное расстояние по сейсмическому воздействию составит 1654 м, что на 420 м (34 %) больше приведенных результатов расчета в проекте массового взрыва.

Приведенный анализ показывает, что при использовании неэлектрической системы инициирования в схеме монтажа взрывной сети при «поскважинном» замедлении, когда перед каждой скважиной устанавливается поверхностное устройство инициирования, необходимо производить расчет фактического времени подхода инициирующего импульса. В противном случае использование в расчете без-

Т а б л и ц а 1

Время замедления взрывания скважин в поверхностной сети

Время замедления, мс, по рядам скважинных зарядов

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 0 42 84 126 168 210 252 294 336 378 462 504 546

2 109 151 193 235 277 319 361 403 420 529 571 588

3 176 218 260 302 344 386 428 470 487 596 638 630 714

4 243 285 327 369 411 453 495 537 554 663 705 672 781

5 310 352 394 436 478 520 562 604 621 730 772 739 848 915

6 377 419 461 503 545 587 629 671 688 797 839 806 915

7 486 528 570 612 654 696 738 755 864 906 873 982

8 553 637 679 721 763 805 822 931 973 940

9 746 788 830 872 889 998

10 855 897 939 956

Т а б л и ц а 2

Количество скважин, время замедления взрывания и количество групп

Очередность взрывания Время замедления, мс Интервал времени замедления, мс Номер группы замедления Очередность взрывания Время замедления, мс Интервал времени замедления, мс Номер группы замедления Очередность взрывания Время замедления, мс Интервал времени замедления, мс Номер группы замедления Очередность взрывания Время замедления, мс Интервал времени замедления, мс Номер группы замедления

1 0 0 1 29 378 1 13 57 570 8 24 85 772 9 31

2 42 42 2 30 386 8 17 58 571 1 86 781 9 32

3 84 42 3 31 394 8 59 587 16 87 788 7

4 109 25 4 32 403 9 60 588 1 88 797 9

5 126 17 33 411 8 18 61 596 8 25 89 805 8 33

6 151 25 5 34 419 8 62 604 8 90 806 1

7 168 17 35 420 1 63 612 8 91 822 16

8 176 8 6 36 428 8 64 621 9 26 92 830 8 34

9 193 17 37 436 8 19 65 629 8 93 839 9

10 210 17 7 38 453 17 66 630 1 94 848 9

11 218 8 39 461 8 20 67 637 7 95 855 7 35

12 235 17 8 40 462 1 68 638 1 96 864 9

13 243 8 41 470 8 69 654 16 27 97 872 8

14 252 9 42 478 8 70 663 9 98 873 1

15 260 8 9 43 486 8 21 71 671 8 99 889 16 36

16 277 17 44 487 1 72 672 1 100 897 8

17 285 8 10 45 495 8 73 679 7 28 101 906 9

18 294 9 46 503 8 74 688 9 102 915 9 37

19 302 8 47 504 1 75 696 8 103 915 0

20 310 8 11 48 520 16 22 76 705 9 29 104 931 16

21 319 9 49 528 8 77 714 9 105 939 8 38

22 327 8 50 529 1 78 721 7 106 940 1

23 336 9 12 51 537 8 79 730 9 30 107 956 16

24 344 8 52 545 8 23 80 738 8 108 973 17 39

25 352 8 53 546 1 81 739 1 109 982 9

26 361 9 13 54 553 7 82 746 7 110 998 16 40

27 369 8 55 554 1 83 755 9 31

28 377 8 56 562 8 84 763 8

опасного расстояния по сейсмическому воздействию количества неодновременно взрываемых зарядов, равного количеству скважинных зарядов, приведет к значительной ошибке, величина которой зависит от схемы взрывания и выбранных интервалов замедления и может составлять 35 %. В результате такого расчета охраняемые здания и сооружения могут попасть в зону, опасную по сейсмическому воздействию.

Для исключения подобных случаев необходимо производить расчет фактического времени замедления в поверхностной сети по каждой скважине с учетом схемы монтажа взрывной сети и определять количество неодновременно взрываемых групп зарядов. Исходя из практики расчета, количество неодновременно взрываемых групп зарядов в 1,5 - 3,0 раза меньше количества скважин в блоке.

Выводы. При проектировании массовых взрывов необходимо учитывать время замедления взрывания каждой скважины при расчете безопасного расстояния.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Е р е м е н к о А.А., Ф и л и п п о в П.А., Г а й д и н А.П., М а ш у к о в И.В. и др. Опыт проведения мощного массового взрыва в условиях высокого горного давления на Шерегешевском месторождении // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2002. № 1. С. 92 - 94.

2. Е р е м е н к о А.А., Ф и л и п п о в В.Н., К у л и к о в В.И., М а ш у к о в И.В. и др. Сейсмическое действие технологических взрывов на удароопасных месторождениях // Вестник РАЕН. Западно-Сибирское отделение. 2005. Вып. 7. С. 148 - 158.

3. Пат. РФ 2134402. Способ взрывной отбойки массива горных пород / Машуков И.В., Покровский Б.В., Карапетян Ю.М. // Бюл. 2000. № 15.

4. В и к т о р о в С.Д., Е р е м е н к о А.А., З а к а л и н с к и й В.М., М а ш у к о в И.В. Технология крупномасштабной взрывной отбойки на удароопасных рудных месторождениях Сибири. - Новосибирск: Наука, 2005. - 212 с.

5. Д о м а н о в В.П., М а ш у к о в И.В. Мониторинг сейсмического воздействия на охраняемые объекты при производстве массовых взрывов, проводимых на разрезах Кузбасса // Вестник научного центра по безопасности в угольной промышленности ВостНИИ. 2013. № 1-1. С. 60 - 64.

6. М а ш у к о в И.В., Д о м а н о в В.П., С е р г А.Г., Е г о р о в Д.А. Расчет безопасных расстояний по сейсмическому воздействию массовых взрывов на здания и сооружения с учетом схемы взрывания скважинных зарядов // Вестник научного центра по безопасности в угольной промышленности ВостНИИ. 2013. № 1-2. С. 16 - 21.

7. М а ш у к о в И.В. Регистрация сейсмических колебаний от подземных массовых взрывов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014. № 4. С. 216 - 221.

8. Единые правила безопасности при взрывных работах (ПБ 13-407-01): утв. Постановлением Госгортехнадзора России от 30.01.01 г. № 3.

© 2015 г. И.В. Машуков, В.В. Чаплыгин Поступила 8 апреля 2015 г.