Причины отказов и выгорания зарядов ВВ

По оценкам специалистов источником воспламенения метано-воздушной и пыле-воздушной смеси в опасных выработках шахт до 25% являются взрывные работы. Главные причины заключаются в выгорании зарядов (~25%) и в их обнажении (~25%), наличии трещин в массиве (~20%), в отсутствии или недостаточности забойки (~12%). Кроме этого, причиной отказов или неполных взрывов может быть низкая водоустойчивость зарядов ВВ. Это говорит о том, что около 50% аварий связано с применением предохранительных ВВ, не соответствующих классу предохранительности, которые воспламеняют газ при обнажении заряда, при наличии трещин в массиве и отсутствии забойки. Наиболее опасная ситуация создается в забое, когда детонация заряда затухает и переходит в горение. Причиной может быть неудовлетворительное качество предохранительных ВВ (повышенная влажность, слежавшиеся патроны и т.д.) или вследствие технологических нарушений детонация заряда в шпуре может прекратиться и перейти в горение. В первом и особенно во втором случаях качество взрыва может быть низкое, возможны аварии, связанные с ликвидацией отказов, и вспышки находящихся в атмосфере выработки метана и угольной пыли.

Так как выгорание зарядов ВВ происходит в течение нескольких секунд, то за это время с высокой долей вероятности может возникнуть взрывоопасная атмосфера из-за выделившегося метана и образовавшейся угольной пыли. Экспериментально установлено, что обычное время образования взрывоопасной концентрации метана и пыли составляет 250–500 мс, а на некоторых пластах может быть еще меньше. В этом случае степень предохранительности горящего заряда ВВ не влияет на воспламенение метана. Очевидно, что возникает необходимость исключить условия взрывания, при которых могут произойти затухание детонации зарядов ВВ и последующее их выгорание.

Чаще всего отказ заряда происходит в результате канального эффекта, прорыва газа в соседний шпур, повышенного гидростатического давления в обводненных шпурах и т.д.

Затухание детонации заряда может привести к следующим отрицательным явлениям:

- горению заряда ВВ;

- образованию ядовитых газов;

- взрыву метано-воздушной смеси;

- взрыву пыле-воздушной смеси в забое.

Рассмотрим последовательно причины, по которым может произойти отказ.

1. Канальный эффект – проявляется при наличии зазора между патронами ВВ и стенкой шпура в результате распространения ударной волны в зазоре со скоростью, большей чем скорость детонации ВВ. Эта ударная волна уплотняет заряд до плотности выше критической, в результате чего детонация ВВ затухает или переходит в горение. Отрицательными явлениямив этом случае могут быть образование ядовитых газов, взрыв метана или угольной пыли в забое. Меры борьбы:

– необходимо уменьшить радиальный зазор между патронами и стенками шпура;

– применять ВВ с повышенной критической плотностью;

– применять специальные конструкции зарядов, устойчивых к воздействию канального эффекта.

Одним из способов борьбы является применение монопатронов, отдельные части которых выполнены из пластмассовых трубок со стенками толщиной

2–3 мм и с замковыми соединениями на концах, заполненных ВВ. Такая конст рукция позволяет быстро собирать заряды любой длины и вводить их в шпур. Применение пластмассовых оболочек (например, из капрона) не влияет на кислородный баланс при взрыве.

2. Прорыв газа в соседний шпур. При взрыве в угольном массиве вокруг заряда возникает система радиальных трещин, которые могут соединять зону взрыва с полостью рядом расположенного шпура. Скорость распространения трещин в углях составляет 360 – 900 м/с. По этим трещинам распространяются продукты взрыва со скоростью 300 – 400 м/с при давлении газов (25-40)·10⁵Па в полость соседнего заряженного шпура. Проникающий газовый поток при таких параметрах способен вызвать нарушение сплошности заряда между отдельными его частями (патронами) с образованием промежутков, заполненных воздухом или угольной пылью; подпрессовку заряда в радиальном или осевом направлении; выбрасывание патрона-боевика из шпура. Перечисленные явления могут вызвать отказ детонации или ее переход в горение. Экспериментально установлено, что при расстоянии между шпурами 0,4-0,6 м, их глубине 1,6-1,8 м и заряде угленита Э-6массой 600 г газы проникают в соседний шпур за 0,7-1,5 мс, вызывая указанное нарушение заряда.

Плотность отдельных частей ВВ при этом достигает 1,5-1,6 г/см³, т.е. превышает критическое значение (~1,4 г/см³).

Аналогичная ситуация возникает при ведении взрывных работ по породе. При том же давлении газов скорость распространения трещин в породе может достигать 2000 м/с. Отрицательные явления, связанные с отказом детонации или ее переходом в горение:

– образование большого количества ядовитых газов (до 1000%);

– взрыв метана или угольной пыли.

Меры борьбы:

– параметры расположения и конструкция применяемых зарядов должны исключить прорыв газов в соседний шпур или нейтрализовать их воздействие на заряд, что регламентировано Едиными правилами безопасности при взрывных работах;

– расстояния между шпурами в углях и в породе должны строго соответствовать данным табл.17.

В настоящее время разработана конструкция заряда из гранулированных ВВ, разделенных резиновыми зажимами в полиэтиленовом шланге на порции по 200 г. В зависимости от требуемой величины заряда необходимое количество порций соединяют в один шланговый монозаряд, при этом детонационная способность таких зарядов выше, чем зарядов, составленных из патронов.

3. Повышение гидростатического давления в шпурахпроисходит вследствие того, что шпур после заряжания герметизируется песчано-глинистой забойкой. За время заряжания забоя (30-40 мин.) давление по экспериментальным данным может повыситься до 3·10⁵ Па. Отрицательные явления. При давлении 3·10⁵ Па водоустойчивость оболочки патрона ВВ снижается, что приводит к намоканию взрывчатого вещества и отказам зарядов. Меры борьбы: требуется повышение водоустойчивости патронов ВВ и применение пористой забойки, исключающей повышение давления в шпурах.

Ни одно из ранее рассмотренных предохранительных ВВ не обеспечивает полной гарантии невоспламенения взрывоопасной рудничной атмосферы. В связи с этим для ведения взрывных работ разработан комплекс мероприятий, предотвращающих или локализующих воспламенение МВС и ПВС.

Для увеличения гарантии качественного взрыва и полной детонации зарядов необходимо выполнить следующие правила:

- ЛНС для зарядов в шпурах должна быть не менее 0,5 м;

- содержание метана у забоя и на расстоянии до 20 м от забоя должно быть не более 1%;

- заряд, состоящий из нескольких патронов ВВ, следует вводить в шпур одновременно.

Суммарный интервал замедленияпри короткозамедленном взрывании в шахтах, опасных по взрыву газа и пыли, выбирают исходя из условий, чтобы в месте расположения зарядов за этот интервал не образовалось взрывоопасных концентраций метана и угольной пыли. Для угольных и смешанных забоев суммарный интервал замедления не должен превышать 200 мс, а для породных забоев подготовительных выработок – 300 мс.