Взрывное рыхление скальных пород при реконструкции железных дорог

Процесс реконструкции железных дорог является сложным и многоплановым технологическим процессом, включающим удлинение путей на разъездах и станциях для повышения пропускной способности за счёт увеличения массы, следовательно, и длины, поездов. Здесь взрывное рыхление пород будет проходить, скорее всего, в режиме расширения существующих площадок с площадным укрытием. Чёткую работу газопроницаемого укрытия из шин на укрытии площади взрываемого блока рассмотрим на примере экспериментального взрыва, проведённого с видеосъёмкой 25.05.07 г. Блок объёмом 1 690 м³ обурен расположенными в шесть рядов 37 скважинами диаметром 110 мм, причём первые три ряда имели увеличивающуюся глубину скважин в связи с расположением блока вдоль откоса выемки (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Параметры расположения и конструкция зарядов экспериментального блока.

Скважины № 1−9 первого по схеме взрывания ряда располагались у откоса выемки по сетке 2×2 м и имели глубину 2,2 м, длину заряда 0,6 м при.

¹ Укрытие мест взрыва изношенными автомобильными шинами: пат. 2 314 490 Российская Федерация. № 2 006 112 113; заявл. 10.04.06; опубл. 10.01.08. Бюл. № 1. б с.

массе его 5,5 кг, длину забойки — 1,5 м (14 диаметров заряда). Общая масса зарядов составила 49,5 кг при объёме взрываемых пород 72 м‘ Скважины № 10−15 второго ряда располагались по сетке 3×3 м и имели глубину 6,0 м, длину заряда — 2,5 м при массе его 25,5 кг, длина забойки — 3,5 м (32 диаметра заряда). Общая масса зарядов — 153 кг при объёме взрываемых пород 232 м³. Остальные скважины № 16−37 располагались по сетке 3×3 м и имели глубину 8 м, длину заряда — 4,0 м при массе его 40,5 кг, длина забойки — 4,0 м (36 диаметров заряда). Общая масса зарядов — 891 кг при объёме взрываемых пород 1 386 м Общий расход граммонита 79/21 на блок составил 1 093,5 кг, средний удельный расход ВВ по блоку — 0,65 кг/м³, а площадь укрытия сеткой «Рабитца» — 370 м².

Монтаж укрытия производили автомобильным краном, укладывая шины на каждую скважину, а по первому ряду — и между скважинами, чтобы получить максимальную плотность укрытия поверхности блока по этому ряду. Со всех сторон (кроме врубового ряда) за пределами блока сетку пригрузили дополнительными шинами в количестве 11 шт. (рис. 4.8, а).

Рис. 4.8. Укрытие в виде мата (а), связка шин канатом (б).

Всего на блок уложили 51 шину общей массой порядка 14 300 кг, удельная масса укрытия составила 46 кг/м² (расчётная — 116 кг/м²). Все шины соединили между собой вдоль и поперёк рядов канатом диаметром 19 мм, продевая его под шину и через отверстие шины выпуская к следующей (рис. 4.8, 6), связывая укрытие из отдельных шин в единый мат без связи с сеткой.

На рис. 4.9 показаны характерные кадры развития этого взрыва при порядном взрывании с пятью ступенями замедления по 20 мс.

Рис. 4.9. Видеограмма развития экспериментального массового взрыва.

Дождь уменьшил пылегазовые выбросы и улучшил видимость перемещения элементов укрытия и взорванной горной массы. На кадре 120 мс чётко видно срабатывание ступеней замедления порядной схемы от откоса выемки в сторону охраняемого объекта.

К 1 040 мс из пылегазового облака появляется 3-я шина первого ряда на высоте 5,8 м. Максимальной высоты она достигает к 1 680 мс — 7,6 м, тогда же начинается вертикальный выброс горной массы первого ряда скважин (отмечен овалом) за счёт смещения укрытия по направлению развития взрыва и подъём шин последнего ряда. К 2 000 мс высота подъёма горной массы первого ряда достигает максимума и начинается её падение по вертикали, без отброса в сторону. Шины последнего ряда к 1 840 мс достигают максимальной высоты подъёма в 3 м. Никаких выбросов горной массы или отдельных её кусков за пределы блока не отмечено.

После взрыва разрывов каната, соединяющего шины укрытия и повреждений автошин не отмечено. Всё укрытие осталось поверх горной массы, и автомашиной было стянуто с блока за канат (рис. 4.10, я), затем шины были освобождены от каната с помощью ломов (рис. 4.10, б) и сложены в накопитель до следующего взрыва.

Рис. 4.10. Разборка укрытия.

Следует отметить, что по мере увеличения глубины скважин с 2,2 до 8 м. а с нею и величины забойки, увеличивается надёжность работы укрытия. Высота подъёма шины по первому ряду достигла 7,8 м, а по последнему — 3,0 м. В районе первого ряда наблюдается вертикальный подъём горной массы за счёт смещения укрытия по направлению развития схемы взрывания, как и на других взрывах с порядной схемой взрывания. Поэтому направление развития порядной схемы взрывания должно быть всегда в сторону охраняемого объекта.

При расширении площадок под второй путь в скальных породах на косогорах на участках без электротяги, когда необходимо удалить часть скального откоса, взорванную горную массу можно направленно отбросить подальше от откоса уступа через действующий путь под откос. Это позволит расширить площадку за счёт сброшенной под откос породы, а также уменьшить время на очистку пути от горной массы. Наши экспериментальные взрывы показали, что дальность отброса породы может быть значительной, а у откоса скального уступа остаётся немного горной массы.

Так, 27 июня 2012 г. был проведён экспериментальный массовый взрыв 18-ти скважин диаметром 215 мм глубиной 16,5−17 м, расположенных в один ряд вдоль бровки уступа '. Инициировали взрыв системой ИСКРА с нулевым замедлением между скважинами от скважины 1 (рис. 4.11).

Рис. 4.11. План расположения взрывных скважин на блоке.

¹ Рыхпение крепких горных пород зарядами с воздушной подушкой на разрезе «Буреинский-2» / Шевкун Е. Б., Лещинский А. В., Добровольский А. И., Галимьянов А. А. //Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014. № 4. С 108−116.

Масса заряда граммонита 79/21 во всех скважинах одинакова — 400 кг. Во всех скважинах установлен воздушный промежуток под забойкой одинаковой длины 2 м с помощью затвора на стойке. Экспериментальный блок был разделён на два участка: участок № 1 — скважины 1 -12 с воздушной подушкой в перебуре длиной 2 м и участок № 2 — скважины 13−18 с воздушными промежутками в заряде ВВ. Параметры скважинных зарядов на подобранном забое участка № 1 приведены схематично на рис. 4.12.

Рис. 4.12. Параметры скважинных зарядов экспериментального массового взрыва.

На рис. 4.13 показано характерные кадры развитие взрыва на блоке.

Влияние конструкции заряда на формирование развала прослеживается достаточно чётко. При наличии воздушной подушки в перебуре и размещении боевика в верхней половине заряда большой отброс горной массы от груди забоя с обнажением откоса уступа на большую высоту хорошо виден в подобранной части забоя у скважин 1−6 (рис. 4.14, а). На завышенном сопротивлении (скважины 8−12) такой отброс горной массы выражен слабее (разрез 2−2 на рис. 4.14, б).

Значительный выброс горной массы и отрыв массива за линию скважин на 6 м в районе хорошо подобранного забоя подтверждает маркшейдерская съёмка блока после проведения экспериментального массового взрыва (рис. 4.15).

Рис. 4.13. Видеограмма развития экспериментального взрыва.

Рис. 4.14. Вид развала горной массы в районе скважин 1 -б (а) и разрезы по развалу (б).

Рис. 4.15. Съёмка развала после взрыва.

Итак, взрыв скважинных зарядов с воздушными подушками в перебуре, расположенных в один ряд вдоль бровки уступа высотой 12 м, позволил отбросить горную массу на расстояние до 37 м, а на расстоянии в 7 м от откоса уступа обеспечить высоту развала около 1,5 м. Такой небольшой навал можно быстро убрать с пути, предварительно защищённого от ударов горной массы по действующим инструкциям.

С помощью скважинных зарядов специальной конструкции можно отбрасывать от груди забоя уступа значительные объёмы горной массы. Этот эффект был обнаружен нами в ходе экспериментального массового взрыва, проведённого по заказу ОАО «Корфовский каменный карьер» подрядной организацией ОАО «Амурвзрывпром» 6 сентября 2005 г. с нашим участием. Экспериментальный блок № 10 расположен на западном борту карьера на гор. + 165 м (рис. 4.16), горные породы блока представлены гранодиоритами IX категории крепости по СНиП.

Рис. 4.16. Расположение скважин на экспериментальном блоке.

Все 35 скважин экспериментального блока глубиной 13,2−14,8 м и диаметром 165 мм были заряжены с рассредоточением зарядов воздушными промежутками (ВП) вспененным полистиролом для изменения механизма передачи энергии взрыва горным породам. Заряд ВВ комбинированный — в нижней, обводнённой, части скважин размещали водоустойчивый граммонит 30/70, далее — неводоустойчивый граммонит 79/21. Масса заряда в скважинах составила по 180 кг.

Конструкция зарядов по первому и четвёртому рядам скважин представлена на рис. 4.17.

Рис. 4.17. Конструкция зарядов по первому и четвёртому рядам скважин.

Части рассредоточенных зарядов взаимодействуют путём столкновения ударных волн продуктов детонации в воздушном промежутке между зарядами, кроме того, увеличивается объём зарядной полости за счёт ВП в заряде ВВ и между верхним зарядом ВВ и забойкой, что снижает пиковое давление и обеспечивает передачу энергии взрыва большему объёму горных пород. Эти два фактора способствуют повышению качества дробления горных пород.

В связи с колебаниями диаметра скважин и их глубины, зарядку проводили следующим образом. Нижний заряд массой 120 кг формировали по частям: засыпали полтора мешков ВВ (60 кг), размещали боевик, затем добавляли ещё полтора мешка ВВ (60 кг). Затем формировали воздушный промежуток из вспененного полистирола — две мерных ёмкости по 10 л пенополистирола в среднем занимают 1 м длины скважины. После этого засыпали полтора мешка ВВ верхней части заряда, размещали на нём боевик, и далее формировали второй воздушный промежуток под забойку. Воздушный промежуток в заряде выдерживали длиной 1 м, а промежуток под забойкой был переменной длины, исходя из условия оставления под забойку 3,2−3,5 м длины скважины. Уровень размещения зарядов и воздушных промежутков после засыпки каждой порции контролировали замером.

В скважине 7 первого ряда из-за большой нарушенное™ массива верхний заряд и воздушный промежуток под забойку по длине выдержать не удалось из-за утечки в трещины: после засыпки мешка полистирола (7 ёмкостей) длина забойки составила 4,7 м. В скважине 2 четвёртого ряда из-за большой величины столба воды заряд выполнен с воздушным промежутком только под забойкой, поверх воды над зарядом (рис. 4.17).

Характерные кадры видеограммы съёмки при порядном взрывании с замедлением между соседними рядами 20 мс приведены на рис. 4.18.

На кадре 240 мс виден сильный выброс горной массы первого ряда скважин: порода летит почти горизонтально, причём на уровне средней части уступа — под летящей породой видна её тень. Скважины остальных рядов работают на дробление породы в обычном режиме, с выбросом забойки и породы вверх.

Через 3,1 с взрыв всего блока завершён и на поверхности сильно расстеленного развала видны негабариты (рис. 4.18, после взрыва). Ориентировочно ширина развала составила около 70 м, вместо обычных 25−35 м.

Экономия ВВ составляет в среднем 41 кг на одну скважину при сохранении качества дробления. На зарядку блока израсходовано 1470 л вспененного полистирола, по 42 л на скважину. Результаты экспериментального взрыва позволили нам запатентовать такое техническое решение *.

¹ Способ взрывного рыхления скальных пород зарядами с воздушной подушкой: пат. 2 456 538 Российская Федерация. № 2 011 107 351; заявл. 25.02.11; опубл. 20.07.12. Бюл. № 20.4 с.

Рис. 4.18. Видеограмма развития экспериментального массового взрыва.

Таким образом, используя скважинные заряды специальной конструкции с воздушными подушками, можно производить отброс горной массы на значительное расстояние от откоса уступа, что в условиях косогоров позволит существенно уменьшить объём работ по уборке завалов с действующего пути.

Для условий разноса бортов скальных выемок, когда выброс на действующий путь нежелателен, следует использовать трансформируемое газопроницаемое укрытие в виде гибкого мата из изношенных шин от автомобилей. Его параметры широко изменяются по массе и размерам отдельных элементов, размещать его можно на поверхности и откосах скального борта выемки.

Отдельным вопросом следует рассмотреть возможность использования технологии рыхления скальных пород взрывом горизонтальных скважинных зарядов, основы которой подробно изложены в работе .