Шпуровыми и скважинными зарядами

 

Для рыхления сезонно-мерзлых грунтов в зависимости от горно-геологических и горно-технических условий применяют шпуровые и скважинные заряды. При мощности слоя мерзлоты до 1,5 м заряды размещают в шпурах, при большей мощности – в скважинах.

Шпуровые заряды размещают в цилиндрических зарядных полостях (шпурах) диаметром до 75 мм при глубине до 5 м.

Скважинные заряды размещают в цилиндрических зарядных полостях (скважинах) диаметром более 75 мм при глубине до 5 м или любого диаметра при глубине более 5 м.

Рациональный диаметр заряда (в миллиметрах)

,

где W – мощность взрываемого слоя мерзлоты, м; q _м – расчетный удельный расход ВВ, кг/м³; D – плотность заряжания, кг/дм³.

Значения q _м при взрывании мерзлых грунтов следующие:

 

Мерзлая глина и строительный мусор	0,7 – 0,9
Моренный суглинок с глиной	0,6 – 0,7
Песчаные и растительные грунты	0,4 – 0,6

 

В зависимости от температуры грунтов, категории льдистости и показателя простреливаемости значения K _м следует принимать по классификации Междуведомственной комиссии по взрывному делу (cм. табл.6).

Порядок расчета шпуровых и скважинных зарядов рыхления не имеет принципиальных различий. Проектируемые параметры взрывных работ должны при минимальных затратах обеспечить качественное рыхление мерзлого грунта и безопасность для близко расположенных объектов и техники. Объем рыхления взрывом определяют в плотном теле в пределах проектных очертаний объекта с разделением по группам крепости по простиранию и глубине промерзания Н _м.

В тех случаях, когда рыхлят весь слой сезонно-мерзлых грунтов, глубина скважины (в метрах)

. (36)

Некоторый недобур необходим, чтобы при изменяющейся на объекте глубине промерзания, контроль которой ведут практически только по силовому режиму бурового станка, нижняя часть заряда ВВ не попадала в подстилающий талый грунт.

Если рыхлят только часть слоя сезонно-мерзлых грунтов, что возможно при больших глубинах промерзания, то глубина скважины (в метрах)

. (37)

В формулах (36) и (37) нижние пределы соответствуют твердо-мерзлым глинистым и песчаным грунтам, верхние – пластично-мерзлым глинистым.

Следует обратить внимание на тот факт, что часто употребляемый в технической литературе термин «линия наименьшего сопротивления» при взрывании скважинных зарядов с одной обнаженной поверхностью в сезонно-мерзлых грунтах приобретает чисто символическое звучание, так как был введен для расчета параметров взрывных работ при уступной отбойке пород, где он нес вполне конкретную физическую и геометрическую смысловую нагрузку. С точки зрения физики процесса, меньшее сопротивление разрушению скважинным зарядом может оказывать нижняя часть слоя сезонно-мерзлых грунтов, а не верхняя. С геометрической точки зрения, линией наименьшего сопротивления является расстояние между свободной поверхностью и верхней частью скважинного заряда, т.е. по существу длина забойки. Поэтому в дальнейшем этот термин будет применяться только при рассмотрении сосредоточенных (котловых) и щелевых зарядов ВВ.

Очень важным параметром является диаметр шпура или скважины, который определяет продолжительность бурения и вместимость получаемой зарядной полости р, а следовательно, и форму заряда – будет ли он ближе к цилиндрической или сферической симметрии:

d _c = (0,05¸0,07)H_м. (38)

Расстояние между зарядами в ряду (в метрах) при мгновенном взрывании

a = (0,8¸1,4) H _м, (39)

при короткозамедленном взрывании (КЗВ)

a = (1,2¸1,8) H _м. (40)

Расстояние (в метрах) между рядами зарядов при мгновенном взрывании

b = (0,8¸1) H _м, (41)

при КЗВ

b = (1¸1,4) H _м.

Нижние пределы в формулах (40) и (41) соответствуют трудновзрываемым пластично-мерзлым грунтам, верхние – легковзрываемым песчаным и твердо-мерзлым глинистым.

Длина шпурового или скважинного заряда устанавливается с учетом обеспечения необходимого качества забойки, которое выполняется при длине забойки не меньше 0,3 l _c. Исследованиями установлено, что с увеличением длины заряда растут массовые скорости, следовательно, должно улучшаться качество дробления. Однако это имеет место лишь при возрастании до 0,3 м, после чего интенсивность и рост объема дробления замедляются. Для качественного дробления сезонно-мерзлых грунтов необходимо, чтобы шпур или скважина заполнялись забойкой до устья или, в крайнем случае, не менее чем на 0,3 м. Следовательно, длина заряда

; (42)

длина забойки

.

Объем рыхления (в кубических метрах) определяется шириной объекта, его длиной и глубиной промерзания:

Общая масса требуемого для рыхления заряда ВВ (в килограммах) рассчитывается по объему разрыхляемого грунта и расходу ВВ:

, (43)

где e – коэффициент работоспособности ВВ.

Удельный расход ВВ принимают по классификации мерзлых грунтов по взрываемости (см. табл.6).

На практике при малых объемах взрывных работ удельный расход ВВ при рыхлении сезонно-мерзлых грунтов следующий:

 

Грунты	q, кг/м^3
Тяжелые плотные пластично-мерзлые глины и суглинки	0,9-1,2
Строительный мусор с грунтом	0,7-0,9
Плотные суглинки и супеси	0,6-0,8
Легкие суглинки и пылеватые грунты	0,4-0,6
Легкие твердо-мерзлые супеси и песок, льдистые	0,3-0,4

 

Масса одиночного шпурового (скважинного) заряда рыхления

, (44)

где p – вместимость 1 м шпура (скважины), кг/м.

После этого необходимо проверить, войдет ли требуемое количество ВВ, определенное по формуле (43), в скважины установленного по формуле (38) диаметра. Для этого определяют число шпуров (скважин) в ряду n _c = L / a и число рядов при многорядном взрывании n _p = B / b, а также их общее число n ₀ = n _c n _p.

Общая масса (в килограммах) шпуровых (скважинных) зарядов рыхления

. (45)

Требуемое для качественного рыхления количество ВВ будет уложено в скважины, если масса ВВ, определенная по формуле (43), будет меньше или равна рассчитанной по зависимости (45).

Если условие не выполняется, то необходимо перейти на больший диаметр шпуров (скважин) или применить котловые заряды. При расчете схемы рыхления сезонно-мерзлых грунтов многорядным мгновенным взрыванием следует переходить на короткозамедленное взрывание, тогда диаметр зарядной полости может быть оставлен прежним. Возможен также переход на «куст» из двух или трех скважин.

Для снижения удельного расхода ВВ и объема буровых работ применяют КЗВ и рассредоточение заряда по скважине. В этом случае 60-70 % массы ВВ размещают в нижней, трудновзрываемой части скважин или применяют котловые заряды. При расчете схемы рыхления сезонно-мерзлых грунтов верхнюю часть отделяют от нижней инертным или воздушным промежутком. При определении места расположения зарядов и промежутка следует учитывать изменение взрываемости мерзлого грунта по глубине в течение зимнего периода.

Бόльшие значения промежутка принимают для глинистых и суглинистых сезонно-мерзлых грунтов, меньшие – для песчаных и супесчаных. Применение КЗВ позволяет регулировать направление и форму развала грунта, улучшает его дробление вследствие соударения кусков и увеличения времени воздействия продуктов детонации на массив при правильно подобранном интервале замедления.

Большое распространение при рыхлении сезонно-мерзлых грунтов методом КЗВ нашли пиротехнические детонационные реле двустороннего действия РП-8. Длительность замедления взрыва составляет 10 ± 4; 20 ± 6; 35 ± 7 и 50 ± 7 мс. Применяют реле при монтаже взрывной сети с использованием детонирующего шнура.

При рыхлении сезонно-мерзлых грунтов в стесненных условиях и наличии расположенных вблизи производственных или бытовых зданий, подземных коммуникаций используют экранирующие щели, нарезаемые буровой машиной на всю глубину промерзания, или защитные полосы из грунта, разрыхленного короткозамедленным взрыванием мелких зарядов.

Рыхление сезонно-мерзлых грунтов в траншеях шириной по верху менее 1,5 м ведут одним рядом шпуровых (скважинных) зарядов с поскважинным замедлением или через одну скважину. При более широких траншеях применяют два, три и большее число рядов зарядов.

При площадном рыхлении сезонно-мерзлых грунтов обычно используют порядное расположение скважин (шпуров), заряды в которых инициируются при КЗВ по клиновой схеме или одной из ее модификаций, обеспечивающих минимальный разлет грунта в сторону охраняемых наземных зданий. Инициирование шпуровых или скважинных зарядов ведется с помощью детонирующего шнура, что значительно повышает надежность и безопасность производства взрывных работ.

При рыхлении сезонно-мерзлых грунтов в пределах населенных пунктов или промышленных предприятий возникает опасность срабатывания электродетонаторов (ЭД) от токов наводки или блуждающих токов, статического электричества, поэтому в этих условиях целесообразно применять при КЗВ электродетонаторы ЭД-1-3-Т, отличающиеся от всех ЭД более высокими защитными свойствами. При рыхлении с использованием укрытий хорошо зарекомендовали себя высоковольтные ЭД с взрывающимся мостиком. Для их воспламенения через мостик необходимо пропустить разряд конденсатора относительно небольшой емкости, заряженного до высокого напряжения. По техническим условиям для взрывания высоковольтных электродетонаторов ЭДВ-1 и ЭДВ-2 следует пропустить разряд конденсатора емкостью 1 мкФ, заряженного до напряжения 20 кВ. При этом кабель, соединяющий конденсатор с ЭД, должен иметь длину не более 20 м.

Благодаря возможности воспламенения только от конденсатора, заряженного до высокого напряжения, а также отсутствию воспламенительной головки и первичного заряда, высоковольтные ЭД безопасны в обращении и нечувствительны к блуждающим токам и зарядам статического электричества.