CC BY
50
© А.П. Стрилец, В.Ю. Швец, Д.Г Гопанюк, 2014
УДК 622.235
А.П. Стрилец, В.Ю. Швец, Д.Г. Гопанюк
ОПЫТ НАЦИОНАЛЬНОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА В РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЗРЫВОВ
Освещены основные этапы становления и развития Центра по проблемам взрывных работ научно-исследовательской части Национального горного университета с момента начала его деятельности и до наших дней: научные исследования по совершенствованию и оптимизации буровзрывных работ на горных предприятиях; разработка конструкции комбинированных скважинных зарядов ВВ и зарядов с водяными промежутками, позволившие широко применять на гранитных карьерах низкобризантные гранулированные ВВ; исследования сейсмических влияний массовых взрывов на карьерах; разработка методов формирования откосов уступов, позволяющих получать в требуемом диапазоне углы заложения откосов и бортов карьеров, ширину берм, параметры прямого и обратного развалов отбиваемой горной массы, уменьшать зоны по разлету кусков породы, воздействий сейсмических и ударных волн, снижать опасность возникновения оползневых явлений; разработка первого отечественного эмульсионного взрывчатого вещества украинит-Д. Ключевые слова: Днепропетровский горный институт, промышленные взрывы, буровзрывные работы, сейсмическая безопасность.
Несколько десятков лет при Днепропетровском горном институте, ныне Национальном горном университете (НГУ) успешно функционирует специализированное научно-исследовательское подразделение, занимающееся проблемами взрывных работ. Созданная совместным приказом бывшего Министерства промышленности строительных материалов и Министерства высшего и среднего специального образования Украины № 11/16 от 15.01.1969 г. «Отраслевая научно-исследовательская лаборатория по проблемам разработки скального строительного сырья Украины на основе оптимизации буровзрывных работ», первоначально имела следующие научные направления:
• разработка более совершенных схем и способов производства массовых взрывов, обеспечивающих интенсивное разрушение пород на основе раскрытия и использования физики взрывного разрушения;
• обоснование экономически целесообразной степени взрывного дробления пород, выбора типов горного оборудования и рационального сочетания их параметров для карьеров различной производительности;
• разработка методов снижения величины потерь сырья и улучшения его качества в процессах взрывного и механического разрушения горных пород.
Создание лаборатории явилось признанием несомненных заслуг научного коллектива сотрудников, возглавляемого профессором кафедры «Строительства шахт и подземных сооружений», д.т.н. Ф.И. Кучерявым в области развития взрывного дела на горнодобывающих предприятиях.
В первые годы своей деятельности (1969-1975 гг.) отраслевая лаборатория выполнила большой объем научных исследований по совершенствованию и оптимизации буровзрывных работ на горных предприятиях. При
этом были установлены зависимости результатов взрывного дробления горных пород от условий их залегания, гидрогеологии, физико-механических свойств, в частности их анизотропии, а также трещиноватости. Исследования производились на Каранском, Кальчикском (Донецквзрывпром), То-ковском, Новопавловском (Харьковв-зрывпром), Мокрянском каменном, КДЗ-2 (Запорожвзрывпром), Коро-стенском (Западукрвзрывпром) и Ви-ровском (Карпатвзрывпром) карьерах.
На основании результатов исследований разработаны и внедрены на указанных карьерах оптимальные параметры расположения сетки скважин, рациональные схемы коротко-замедленного взрывания, конструкции зарядов в породах различной трещиноватости, обоснован выбор оптимального направления отбойки относительно естественных систем трещин. Для наиболее крупных карьеров составлены прогнозные карты блочности с привязкой к ним рациональных параметров взрывных работ.
В 1972 г. в связи с началом внедрения на предприятиях нерудных строительных материалов нового гранулированного ВВ - граммонита 79/21, относящегося к слабочувствительным, лабораторией были установлены эффективные способы его инициирования, снижающие до минимума образования зоны низкоскоростного режима детонации. Это позволило значительно улучшить качество взрывного дробления и уменьшить выделение вредных газов при взрыве. Разработаны конструкции комбинированных скважинных зарядов ВВ и зарядов с водяными промежутками, позволившие широко применять на гранитных карьерах низкобризантные гранулированные ВВ.
В этот же период были исследованы условия безопасного применения электровзрывания в условиях карье-
ров, опасных по преждевременным взрывам от блуждающих токов.
К началу 70-х гг. образовавшейся в составе лаборатории сейсмо-группой был накоплен значительный экспериментальный материал исследований сейсмического влияния массовых взрывов на карьерах, в том числе только на Центральном карьере Комсомольского рудоуправления в Донбассе было проанализировано 38 массовых взрывов зарегистрированных в течении 1,5 лет. Это дало возможность выявить закономерности изменения сейсмоэффекта с изменением различных параметров взрывов и кардинально изменить существовавший до того времени подход к методам его снижения. Результаты проведенных исследований и их актуальность явились основой того, что с 1975 г. одним из основных направлений научно-исследовательских работ лаборатории становится обеспечение сейсмобезопасности производства взрывных работ на многочисленных карьерах отрасли нерудных строительных материалов Украины, как правило, расположенных в густонаселенных районах.
Обоснованные рекомендации по определению сейсмобезопасной массы зарядов при КЗВ, применяемых при этом схемах коммутации взрывной сети в зависимости от расположения и удаления охраняемых объектов, а также величине интервалов замедления между ступенями КЗВ в породах различной крепости, представлялись в наиболее доступной для оперативного пользования форме, поэтому пользуются и в настоящее время на многих десятках карьеров строительных материалов различных ведомств. Они обеспечили сейсмическую безопасность охраняемых объектов практически без ограничений общей массы серий взрываемых зарядов и таким образом способствовали рас-
ширению производственных мощностей предприятий, дали возможность полностью выбирать запасы полезных ископаемых вблизи различных охраняемых объектов и получить за счет этого значительный экономический эффект. Это такие карьеры, как Ры-бальский, Гниванский, Соколовский, Гуменецкий, Старобабанский, Мраморное, Сахкамень и многие другие.
С 1976 по 1980 гг. на основе изучения структурно-текстурных особенностей массивов скального сырья на карьерах блочного камня разработаны оптимальные способы отделения монолитов от массива, а также взрывные способы разрушения скальной вскрыши бризантными ВВ без нарушений товарных качеств блоков (Кудашевский, Капустинский и Токовский карьеры). Внедрение этих способов способствовало сокращению сроков вскрытия месторождений блочного камня, а также уменьшило выход некондиционных блоков и потерь блочного сырья в целом.
В этот же период лабораторией по просьбе ПО «Днепронерудпром» были выполнены исследования и выданы рекомендации по определению размеров предохранительных целиков на таких прибрежных карьерах, как Бородаевский, Мишуринрогский и Староко дакский, при проведении технологических массовых взрывов. Позже такие работы были выполнены и для условий Чаплинского и Люби-мовского карьеров.
Одновременно силами сейсмо-группы лаборатории были проведены детальные исследования влияния массовых взрывов вновь открытого Шархинского карьера на развитие оползневых явлений, возникающих в связи со строительством и дальнейшей эксплуатацией автодороги Симферополь-Ялта на южном берегу Крыма. При этом было установлено истинное положение оползневой
Рис. 1. Запорожская АЭС
проблемы в данном районе, доказана возможность эксплуатации Шархин-ского карьера с обеспечением мини-мальнодопустимых по мнению специ-алистов-оползневиков, контролирующих состояние оползней в указанном районе, величин сейсмодействий при взрывах в карьере. Таким образом, проблема существования Шархинско-го карьера с этой точки зрения была решена и впоследствии больше не возникала.
Наряду с обеспечением сейсмобе-зопасности промышленных взрывов в карьерах с 1984 г. лаборатория стала разрабатывать и эффективно внедрять способы снижения действия ударно-воздушных волн, возникающих как при массовых взрывах, так и при вторичном взрывании. При этом в 1984 г. в условиях Токовского карьера ПО «Днепронерудпром» была проведена серия инструментальных исследований действия ударно-воздушных волн при взрывании негабарита накладными, кумулятивными и шпуровыми зарядами. При этом были получены закономерности формирования и распространения УВВ при мгновенном и короткозамедленном взрывании. По просьбе ПУ «Харь-коввзрывпром» в 1989 г. были выданы рекомендации по применению накладных зарядов для дробления не-
габарита на карьерах, обслуживаемых Днепропетровским цехом управления. Кроме этого, лаборатория выдавала отдельно заключения и рекомендации по действию ударно-воздушных волн в 1986-1994 гг. по 6-и карьерам различных ведомств (Гуменецкий Каменец-Подольского цемзавода, 1986 г.; Рыбальский ПО «Днепронерудпром», 1987 г.; Головинский ОПО «Житомир-нерудпром» 1987 г.; Марьевский треста «Херсонводстрой», 1988 г.; Волос-ский Днепропетровского облавтодо-ра, 1990 г.; Днепропетровский треста «Днепроводстрой»; Болеславчинский и Мокрянский каменный карьеры «За-порожнерудпрома», 1993 г.). Кроме того, в 1993 г. во исполнение требований МАГАТЭ были установлены расчетным путем безопасные по действию ударно-воздушных волн приближения к периметру Запорожской АЭС потенциально взрывоопасных транспортных средств различной мощности.
На протяжении всего времени своего существования лаборатория также оказывает научно-техническую помощь карьерам в решении проблем, связанных с повышенной дальностью разлета кусков взорванной горной массы, выступает в качестве эксперта по данному вопросу. Это экспертиза несчастных случаев на Рыбальском, Любимовском, Радванском карьерах в начале 70-х гг., на Мокрянском КДЗ-2 (начало 80-х гг.) Янцевском - 1985 г., а также случаи превышения размеров опасной зоны на Старобабанском карьере, 2-ом участке Мокрянского каменного карьера (конец 80-х гг.). Во всех случаях эксперты лаборатории устанавливали причины повышенного разлета и давали обоснованные рекомендации по их предотвращению.
Кроме того, на протяжении длительного времени в лаборатории производились разработки методов формирования откосов уступов, по-
зволяющие получать в требуемом диапазоне углы заложения откосов и бортов карьеров, ширину берм, параметры прямого и обратного развалов отбиваемой горной массы, уменьшать зоны по разлету кусков породы, воздействий сейсмических и ударных волн, снижать опасность возникновения оползневых явлений. Сущность этих методов заключается в применении локальных экранов, выполняемых в верхней части уступов, специальных конструкций зарядов и забойки, схем монтажа взрывных сетей, учета и использования естественных и техногенных зон трещинообразования, плоскостей нарушения пород, дифференцированного энергонасыщения взрываемых уступов и др. Предложенные технологии использованы институтом «Южгипроруда» при разработке проектов по карьерам ЮГОКа и КБЖРК (рабочий чертеж 01-011210 ГО, ПЖ, Р1 лист 5. Вскрытие и подготовка северовосточного участка и нижних горизонтов карьера для поддержания мощности ЮГОКа и др.).
В лаборатории разработаны технологии по ведению горных работ в условиях действующих оползней. Так, институтом «Укргеолстром» на базе разработок лаборатории выполнены проекты по ведению горных работ на Амвросиевском известковом и мраморном карьере «Трибушаны». В 1991 г. разработана и внедрена технология производства горных и взрывных работ в оползнеопасных условиях карьера Камяницкого щеб-завода Львовской железной дороги.
В процессе своей деятельности лаборатории приходилось рассматривать и обеспечивать безопасность взрывных работ по отношению к различным объектам. Среди них линии электропередачи, промышленные и гражданские здания, отвалы, оползневые склоны, трубопроводы, различные емкости, кабели связи, подземные
выработки, хранилища радиоактивных и высокотоксичных материалов и др. Есть также разработки по обеспечению безопасности технологических взрывов в подземных выработках Днепропетровского метро на наземные здания и сооружения центральной части г. Днепропетровска.
По заказу НВИП «Струм» и Бектел Нешнл ИНК (США) в 1998-99 гг. лаборатория проводила экспертизу обеспечения безопасности гражданских объектов при ликвидации пусковых шахт МБР в рамках Международного договора между СССР и США о сокращении и ограничении стратегических наступательных вооружений.
По заказу ОАО УкрНИИГипро-транс в 1994 г. разработана документация к проектированию буровзрывных работ с целью проведения тоннеля и дренажной штольни на действующем пергоне Бескид-Скотарское Львовской железной дороги. Аналогичные рекомендации по сейсмобе-зопасности неоднократно выдавались институту «Днепрометропроект».
В своем арсенале лаборатория имеет ряд разработок по сокращению выбросов в атмосферу пыли и газов, а также уменьшению загрязнения близлежащих водоемов растворами аммиачной селитры, содержащейся в современных промышленных взрывчатых веществах (работы по Люби-мовскому, Днепропетровскому и Кам-незубиловскому карьерах).
После упразднения Минстройма-териалов Украины и прекращения централизованного финансирования правопреемница МПСМ Украинская государственная корпорация промышленности строительных материалов (Укрстройматериалы) своим решением № 12210/8-148 от 27.04.1993 г. сохранила лаборатории статус отраслевой с переходом на финансирование на основе прямых хоздоговоров с предприятиями.
Рис. 2. Ликвидация шахтной пусковой установки МБР
Учитывая существенный вклад лаборатории в повышение эффективности и безопасности проведения буровзрывных работ на карьерах нерудных строительных материалов Госнадзорохрантруда Украины в 1997 г. выдал Национальной горной академии Украины статус организации-эксперта по вопросам безопасности буровзрывных работ на карьерах строительных материалов.
На протяжении всего периода существования штат лаборатории составлял 6-8 человек. В экономически трудных условиях начала 90-х гг. лаборатория сумела сохранить штат своих основных сотрудников, который состоял из 6 человек, среди которых один д.т.н., профессор и два к.т.н., защитивших диссертации по тематике лаборатории.
В связи с реорганизацией научно-исследовательской части в то время Национальной горной академии Украины с целью сохранения научного потенциала, улучшения эффективности исследований приказом ректора в 2000 г. На базе отраслевой научно-исследовательской лаборатории был создан Центр по проблемам
Рис. 3. Р.С.Крысин, В.Ю.Швец на объекте
Рис. 4. Понижение высоты вскрышного уступа взрывом на Глуховском карьере кварцитов
Рис. 6. Проектирование буровзрывных работ вблизи Днестровской ГАС
взрывных работ, научным руководителем которого был назначен д.т.н., профессор Крысин Р.С.
В дальнейшем вновь созданный Центр следуя добрым традициям лаборатории продолжал плодотворно работать в области эффективного и безопасного использования энергии взрыва в народном хозяйстве. Так в последние годы было создано целый ряд специальных проектов буровзрывных работ, которые дали возможность оперативно решать поставленные задачи. Среди них уникальный «Технорабочий проект обрушения взрывом сооружений 202 и 102», выполненный в связи с договором между МО Украины и Госпредприятием «Укроборонсервис» о демонтаже и утилизации сооружений 202 и 102, рис. 3.
Кроме того, в 2001 г. по договору с ОАО «Запорожский производственный алюминиевый комбинат» был выполнен проект для понижения высоты вскрышного уступа с помощью взрыва скважинных зарядов в условиях Глу-ховского карьера кварцитов, рис. 4.
По договору с ОАО «Южэнерго-строй» и заказу ОП Южноукраинская АЭС» были выполнены три спецпроекта на выполнение большого объема буровзрывных работ в непосредственной близости от уже построенных объектов Ташлыкской гидроаккумули-рующей электростанции, рис. 5.
Затем по договору с ОАО «Укрги-дропроект» был выполнен проект производства буровзрывных работ рядом с действующей Днестровской ГЭС, рис. 6.
В связи с возникшей необходимостью перехода горной промышленности Украины на использование передовых эффективных технологий при разрушении крепких скальных горных пород емульсионными взрывчатыми веществами Центр по проблемам взрывных работ НГУ совместно
Рис. 5. На строительстве Ташлыкской ГАЕС
с Украинским государственным химико-технологическим институтом разработал первое отечественное эмульсионное взрывчатое вещество украинит-Д, которое успешно прошло предварительные испытания в условиях ГП «Запорожвзрывпром». Затем принимал непосредственное участие в разработке, предварительных и промышленных испытаниях в условиях карьеров Кривбасса более современного ЭВВ украинит-ПМ, украинит-ПМ-2Б.
Эти ЭВВ приняты к постоянному применению и широко используются на карьерах Криворожских горнообогатительных комбинатов и гранитных карьерах, обслуживаемых ЗАО «Промвзрыв».
По результатам научных разработок построен первый в Украине завод по изготовлению эмулькома матрицы ЭВР украинит (рис. 9). И созданы отечественные смесительно-зарядные машины на базе автомобилей КрАЗ и БелАЗ (рис. 10).
Параллельно с разработкой эмульсионных взрывчатых веществ для открытых горных работ типа «украинит» Центр по проблемам взрывных работ НГУ в содружестве с УГХТУ разработал гранулированные взрывчатые вещества для подземных горных работ в железорудных шахтах Кривбасса. Так были разработаны, прошли все испытания в условиях шахт Криворожского железорудного комбината и приняты к постоянному применению такие гранулированные взрывчатые вещества как гранулит-НМ, гранулит-НМПМ-1, гранулит-НМПМ-2 и грану-лит-НМПМ-3.
В целом за свою историю лабораторией выполнены работы и выданы со-ответстующие рекомендации, заключения по безопасности взрывных работ более чем на 100 карьерах отрасли нерудных строительных материалов и карьерах других ведомств Украины.
Рис. 7. Первый взрыв украинита на Ин-гулецком ГОКе
Рис. 8. Первые широкомасштабные испытания украинита на Ингулецком ГОКе
Рис. 9. Завод по изготовлению матрицы (эмульком) эмульсионного взрывчатого вещества украинит
Рис. 10. Крысин Р. С. и новые смеси-тельно-зарядные машины «Украинит»
В настоящее время Центр по проблемам взрывных работ Национального горного университета в состоянии квалифицированно выполнять научно-исследовательские работы, выполнять экспертизу по следующим направлениям:
• оптимизация параметров буровзрывных работ на горнодобывающих предприятиях;
• обеспечение сейсмической безопасности и безопасности действия ударно-воздушной волны при промышленных взрывах;
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
• обеспечение безопасной дальности разлета кусков породы при взрывах в различных горногеологических условиях;
• уменьшение экологических последствий работ, связанных с заряжанием и взрыванием современных типов ВВ.
• проектирование буровзрывных работ в условиях горных предприятий, метростроя и при строительстве, реконструкции и ликвидации объектов различного назначения.
Стрилец А.П. - директор Центра по проблемам взрывных работ НИЧ, Швец В.Ю. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Гопанюк Д.Г. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина, e-mail: [email protected].
UDC 622.235
EXPERIENCE GAINED BY THE NATIONAL MINING UNIVERSITY IN DEALING WITH PROBLEMS ASSOCIATED WITH BLASTING
StrUets A.P., Director of Blasting Problems Center of the Research Division, Shvets V.Yu., Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Gopanyuk D.G., Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, National Mining University, Dnepropetrovsk, Ukraine, e-mail: [email protected].
The article highlights establishing and development of the Blasting Problems Center of the Research Division of the National Mining University, from its origin up to this date: researches aimed at improvement and optimization of drilling-and-blasting in mines; design of composite borehole explosive charges and charges with water-filled interspaces, which allowed using low-brisant granular explosives in granite open pit mines; analyses of seismic effects on blasting in open pit mines; development of methods for forming slope walls, enabling angles of slopes and pit walls, bench widths, and parameters of the direct and backward blasted rock pile formation within the required range, and allowing reduction of a dispersion zone of blasted rock fragments, and decrease in effect of seismic and shock waves and landslide hazard; development of the first domestic emulsion explosive Ukrainit-D.
Key words: Dnepropetrovsk Mining Institute, blasting, drilling-and-blasting, seismic safety.
