Промышленное применение электрических детонаторов с электронным замедлением

А.Г. Рябков

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДЕТОНА ТОРОВ С ЭЛЕКТРОННЫМ ЗАМЕДЛЕНИЕМ

~Г Недавно на полигоне Кировского рудника ОАО «Апатит» были проведены сравнительные

Л А испытания на время срабатывания систем неэлектрического инициирования Рrimadet, N0^1. При этом особое внимание было уделено скважинным детонаторам отечественного производства (СИНВ), а для сравнения измерялось фактическое время замедлений систем Рrimadet и N0^1.

Проведенные измерения показали, что практически ни в одной партии систем СИНВ не было одинакового времени замедления детонаторов. Фактическое время срабатывания было сопоставлено с номинальным временем срабатывания, отклонения составили в системе СИНВ-С 7-15%, в СИНВ-П - 1-17%.

В результате ухудшается взаимодействие зарядов, уменьшается подвижка массива, что при многорядном взрывании может привести к взрыву последующих рядов в условиях камуфлета и, как следствие, выбросу горной массы в основном в вертикальном направлении. Невозможно предсказать, какая скважина в ряду взорвется первой. При этом в наихудших условиях будет находиться скважина, взрываемая первой в тыльной части блока. Все это, несомненно, сказывается на качестве дробления горной массы и приводит к увеличению выхода негабарита, непроработке тыльной части массива.

Для обеспечения наиболее эффективного группового действия зарядов дробления инициирование взрывов скважинных зарядов при многорядном их расположении необходимо производить короткозамедленно. В качестве средств инициирования взрывов в настоящее время стали широко применяться неэлектрические средства инициирования (НСИ).

Такие НСИ, как шведская «N0^1» или немецкая «Dyrashoc», позволяют за счет применения поверхностных капсюлей - детонаторов, более или менее точно подбирать оптимальные интервалы замедлений; реализовывать наиболее эффективный режим взрыва - «скважина -замедление»; повышать безотказность проведения массовых взрывов; упрощать организацию взрывных работ. При применении российской системы «СИНВ» следует иметь в виду, что она отличается от «N0^1» и «Dynashoc» по точности исполнения элементов замедления в худшую сторону как для поверхностных СИНВ-П, так и для внутрискважинных СИНВ-С. Оценки такой опасности основываются на максимальном отклонении времени замедления от номинального.

Применяемые сегодня НСИ имеют существенные недостатки:

- отсутствует возможность прямой инструментальной проверки элементов и смонтированной взрывной сети непосредственно на месте взрывных работ;

- системы чувствительны к влаге (поэтому запрещается обрезать излишки трубки-волновода, что ведёт к её перерасходу);

- срок хранения элементов ограничен двумя годами (например, для системы «N0^1»);

- существует возможность повреждения трубки-волновода при опускании боевика в скважину, заряжании и забойке заряда, что в условиях обводнённости и отсутствия инструментальной проверки целости трубки чревато нарушением работы системы и даже отказом;

- необходимость учёта собственного времени замедления трубки, что усложняет расчёт взрывной сети и вносит элемент неопределённости;

- большое число промежуточных КД в соединительных блоках снижает надёжность системы, поскольку увеличивает число ее элементов;

- наличие дополнительных (промежуточных) КД удорожает систему по сравнению с электровзрывной сетью;

- низкая точность исполнения инициирования взрывов (особенно системы «СИНВ»).

Вышеперечисленных недостатков лишены системы с применением электродетонаторов с

электронным замедлением (ЭДЭЗ).

Отечественный ЭДЭЗ, производимый Новосибирским механическим заводом «Искра» позволяет осуществлять инициирование групповых взрывов с заданной временной последовательностью.

Рис. 1. Схематическое устройство системы взрывания с использованием ЭДЭЗ: 1 - гильза (алюминий и биметалл); 2 - заряд бризантного ВВ; 3 - колпачок с зарядом инициирующего ВВ; воспламенительный состав; 5 - мостик накаливания; 6 - транзисторный ключ; 7 - конденсатор; 8 - микропроцессор; 9 - логическая цепь заряда и управления; 10 - двухпроводная линия связи для передачи импульсных сигналов; 11 - согласующее устройство; 12 - переносной пульт управления

Время задержки, обеспечиваемое электронными детонаторами, составляет 0+12 с, точность задания задержки 1 мс. При проведении групповых взрывов электронные детонаторы с помощью двухпроводной взрывной линии соединяются через согласующий адаптер с портативным управляющим компьютером. Допустимая длина взрывной линии свыше 3000 м, допустимое количество детонаторов на одной взрывной линии до 1000 шт.

Двухпроводная взрывная линия используется как для подачи питания к электронному детонатору, так и для передачи кодированных команд детонаторам и получения ответной информации от детонаторов. Оператор (взрывник) с помощью компьютера может тестировать детонаторы на смонтированной взрывной линии, задавать последовательность взрывания и выдавать команду "подрыв". После получения команды «подрыв» детонатор переходит в режим автономного питания, отсчитывает запрограммированное время и срабатывает даже если взрывная линия к этому моменту разрушена. Каждый детонатор имеет индивидуальный идентификационный номер, запрограммированный в процессе производства детонатора. Благодаря индивидуальному номеру оператор может обращаться к каждому детонатору независимо.

В отличие от детонаторов с пиротехническим замедлением электронные детонаторы при разлете не дают тлеющих осколков, что делает их безопасными при применении в запыленных и загазованных шахтах. Детонаторы имеют встроенную защиту от бытовых источников тока (батареи, аккумуляторы, сеть 220 В). Это исключает возможность несанкционированного применения таких детонаторов. Наличие у детонаторов индивидуального идентификационного номера позволяет проследить пути утечки детонаторов в случае их хищения. Несмотря на относительно высокую стоимость электронных детонаторов, порядка 5% от всей стоимости взрыва, использование таких изделий экономически оправданно. При точном задании последовательности взрывания повышается эффективность использования взрывчатых материалов, улучшается степень дробления породы. Это позволяет экономить на стоимости взрывчатых материалов и буровых работ. Это приводит к уменьшению выбросов в атмосферу и снижению сейсмики.

Рассмотрим пример одного из таких испытаний.

Измерения проводились на Олимпиадинском ГОКе, карьере «Восточный» предприятия ЗАО «Полюс» в апреле 2008 года. Для регистрации сейсмического воздействия взрывов применяли сейсмический регистратор «Дельта-Геон -02». Сейсмодатчики устанавливали по следующим направлениям: ось X (горизонтально) - перпендикулярно направлению на взрываемый блок; ось Y (горизонтально) - по направлению на взрываемый блок; ось Ъ - вертикально. Оценивали сейсмическое воздействие взрывов на двух аналогичных блоках, расположенных на одном горизонте на расстоянии 200 метров друг от друга и сложенных одинаковыми породами. Первый взрыв провели с использованием системы инициирования СИНВ-С и СИНВ-П, с замедлениями между взрывами групп зарядов 67 мс; между взрывами одиночных зарядов 42 мс. Взорваны 27

групп зарядов по 2 заряда и 77 одиночных зарядов, всего 131 заряд. Скважины заряжали патронированным эмульсонитом А-20 по 400 кг в скважине. Диаметр скважины 246 мм, глубина 12,2 м, сетка расположения скважин 7x7 м. Сейсмодатчики размещали на расстоянии 200 метров от края взрываемого блока. Зарегистрированные значения массовой скорости колебаний почвы по осям X Y Ъ , соответствующие взрыву одиночного заряда, равнялись соответственно 1,2; 1,5; 2,5 см/с. Результирующая скорость V = 3,1 см/с. Скорость от взрыва по трем осям двух зарядов составляла 1,6; 2,0; 4,0; см/с. Результирующая скорость V = 4,7 см/с.

Второй взрыв проводился с использованием ЭДЭЗ производства Новосибирского механического завода «Искра». Горные породы блока, диаметр и глубина сетки скважин такие же, как и на первом блоке. Применяли врубовую схему взрывания, по одному скважинному заряду массой 400 кг эмульсонита А-20 с замедлением 67,42 и 25 мс. У устья каждой скважины размещали ЭДЭЗ, который инициировал детонирующий шпур с промежуточным детонатором и двумя шашками Т400Г, помещенными на 2 м выше дна скважины. Скорость колебания почвы при взрыве одного скважинного заряда составила: по осям X и Y - 2 мс/с и по оси Ъ - 1 см/с. Результирующая скорость V= 3 см/с.

Общий уровень сейсмического воздействия от взрывов скважинных зарядов с использованием ЭДЭЗ ниже в среднем в 1,5 раза по сравнению с уровнем сейсмического воздействия от взрывов скважинных зарядов с использованием СИНВ, из-за высокой точности выполнения интервалов замедления у ЭДЭЗ одновременного взрыва большого количества зарядов, чем расчетный взрыв одного заряда не происходило. В то время как при использовании СИНВ наблюдались одновременные взрывы большого количества зарядов, чем расчетный одновременный взрыв двух зарядов.

Применение системы электронного инициирования позволяет из-за высокой точности исполнения замедлений интенсифицировать дробление трудновзрываемых рудовмещающих пород путём легко выполняемого двухстороннего инициирования каждого скважинного заряда (верха и дна). Широкое промышленное внедрение многоточечного (двухстороннего) инициирования в практику горных работ до настоящего времени сдерживалось отсутствием соответствующих, достаточно технологичных средств инициирования. Одновременное двухстороннее инициирование зарядов ВВ позволяет значительно улучшить дробление: при одноточечном инициировании удлинённого

0 0,5 1,0 1,5 2,0 Время, с

Рис. 2. Сейсмограмма взрыва с применением неэлектрического инициирования. Взрыв 22.04.08

0 0,5 1 Время, с

Рис. 3. Сейсмограмма взрыва с применением системы ЭДЭЗ.

Взрыв 23.04.08 г

заряда ВВ на забойку действует импульс взрыва от всего заряда ВВ, а при двухточечном - лишь часть этого импульса. Благодаря взаимодействию детонационных и ударных волн по длине заряда в зарядной камере создаётся своего рода «газодинамический затвор», значительно увеличивающий долю полезно используемой энергии взрыва, происходит более длительная герметизация зарядной камеры при увеличении продолжительности действия импульса взрыва на среду, повышается как давление, так и время его действия, что значительно изменяет величину общего импульса взрыва.

Самой совершенной (и дорогой) системой электронного взрывания в настоящее время является система 1-КопТМ - ОЫКА (до 3200 детонаторов при длине магистрали до 2 км). Система электронного взрывания 1-КопТМ используется на многих шахтах и карьерах в 25 странах. С использованием электронных детонаторов было произведено более 20 тыс. взрывов.

------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бибик И.П., Ершов В.П. Сравнительный анализ применения неэлектрических и электронных систем инициирования взрывов скважинных зарядов на карьерах. - Журнал «Горный вестник Узбекистана», №25, 2006.

2. Кутузов Б. Н., Эквист Б. В., Брагин Б. В. Сравнительная оценка сейсмического воздействия взрыва скважинных зарядов при использовании системы неэлектрического инициирования и электродетонаторов с электронным замедлением. - «Горный журнал», №12, 2008.

3. Рубцов С.К., Ершов В.П., Сидоров Е.Ю. Сравнительный анализ применения неэлектрических систем инициирования на горнодобывающих предприятиях. - 2005 г. ЕШ

— Коротко об авторе ----------------------------

Рябков А.Г. - студент гр. ВД-06 Научный руководитель: Эквист Б.В., к.т.н., доц. Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru