Взрывные работы по добыче полезных ископаемых

Горнодобывающие предприятия Урала переходят на передовые системы электронного инициирования взрывов, которые обеспечивают не только промышленную, но и экологическую безопасность — гарантируют минимальное воздействие на окружающую среду, а главное — позволяют работать в стесненных условиях. Такая система — это, по сути, сеть из связанных между собой электронных детонаторов, их состояние постоянно тестируется и каждому задается индивидуальное время замедления. Возможность программирования увеличивает управляемость взрыва и позволяет более эффективно использовать промышленные взрывчатые вещества (ПВВ). Раз меньше масса ВВ — уменьшаются сейсмические колебания и выброс пыли.

«Сегодня наступает эра электронных средств инициирования. Электронное взрывание — это прежде всего замена ручного труда на механический. Машина заменяет человека, улучшаются условия труда. И не только, — рассказывает Виктор Синицын, старший научный сотрудник института горного дела Уральского отделения РАН. — Компьютер моделирует взрыв, рассчитывает сейсмовоздействие взрывов на охраняемые объекты и на стены карьеров… В общем, сейчас прогресс взрывного дела направлен не столько на повышение эффективности взрывчатых веществ, сколько на минимизацию последствий от их применения».

Наступило время взрывов «ювелирной точности», признают специалисты. Только так, например, ведется разработка уникального месторождения известняка в городской черте — обводненного и к тому же окруженного с трех сторон жилыми постройками и промышленными объектами. Прокладывать новые линии метро без ущерба для зданий над проходческими тоннелями возможно только с помощью «прецизионных» взрывов. Использование традиционных взрывных технологий при проходке тоннеля в центре Екатеринбурга несколько лет назад едва не привело к катастрофе: через все пять этажей жилого дома прошли сквозные трещины. Здание пришлось укреплять, разрабатывать новый проект взрывных работ. Тоннель прошли, снизив в полтора-два раза массу зарядов и удлинив импульс взрыва.

Затраты на буровзрывные работы составляют около трети общей стоимости единицы добываемого сырья

Именно такую точность и обеспечивает электроника. Качество взрывания прекрасное, единодушны специалисты, вот только «минус» системы — ее цена. Например, в Междуреченске «электронный» взрыв 50 тонн ПВВ обошелся в 438 тысяч рублей, а стоимость детонирующего шнура с пиротехническим реле для такого же взрыва составила бы 406 тысяч. Да, дешевле на восемь процентов, но «по старинке» никак не получилось бы осуществить взрыв так, чтобы не задеть подстанцию и железнодорожную станцию рядом с разрезом, и получить настолько хорошее качество дробления взорванной горной массы.

«Перспективы использования электронных детонаторов отличные, за ними однозначно будущее взрывного дела, — считает Александр Русских, директор предприятия «Промтехвзрыв». — Вспомните, сотовые телефоны когда-то были доступны лишь узкому кругу потребителей, но сегодня заполонили весь мир, и сейчас никто не может представить себя без этого девайса. То же самое будет и с электронными детонаторами. Просто их путь будет дольше из-за эксклюзивности и сложности допуска средств инициирования на рынок. Для этого необходимы длительные испытания на нескольких предприятиях и совсем другой уровень подготовки взрывперсонала — как ИТР, так и рабочих, что связано с программированием и модуляцией взрыва».

Современные взрывы гарантируют минимальное воздействие на окружающую среду

«Для нас эта тема насущная и животрепещущая, — продолжает он. — К сожалению, наши производители не отличаются гибкостью: они не раз предлагали нам свою продукцию по очень высокой цене, дескать, инженерная мысль и сложность конструкторских разработок недешевы. Но я им всегда отвечал, что мы, потребители, не должны оплачивать их трудности. Мы просили их снизить цену, скажем, в качестве демонстрационного рекламного хода, — они ни в какую. Пока эта ниша свободна, как бы не заняли ее иностранные компании… Возможно, ситуацию может исправить государственное дотирование разработок или стимуляция потребителей этой отечественной продукции. На заводах России есть технологии и разработки, но, повторюсь, отечественные разработчики не активны в продажах».

В целом затраты на буровзрывные работы составляют около трети общей стоимости единицы добываемой горной массы, причем основная статья расходов — взрывчатые вещества и материалы. Все крупные компании работают на собственной взрывчатке, например, завод в Качканаре выпускает 30 тысяч тонн в год, Асбестовский — около 15. Они же обеспечивают небольшие предприятия, в основном строительной отрасли, с объемами добычи в 200-300 тысяч тонн. Сейчас в целом по России, по данным Ростехнадзора, 85 процентов ПВВ производится на местах их использования.

«Предприятия приобретают импортные технологии, однако приспосабливают их к нашим условиям — переводят производство на отечественные компоненты. И переход этот проходит весьма успешно», — подчеркивает профессор Уральского горного университета Александр Ермолаев.

65 процентов промышленных взрывчатых веществ, применяемых сейчас в России, — это эмульсии

Он отмечает передовую и общемировую тенденцию — массовый отказ от тротилсодержащих ВВ в пользу эмульсий, взрывчатых веществ нового поколения — более качественных, экологичных и дешевых. По консистенции эмульсионная взрывчатка напоминает сметану, добавление нитрита натрия инициирует газификацию, пузырьки и являются инициатором взрыва. Если тонна тротила стоит 580-600 долларов, то эмульсионные ВВ — 280-380. К слову, первое производство эмульсионной взрывчатки на основе аммиачной селитры освоили на Урале, на Калиновском химзаводе почти четверть века назад.

По данным Ростехнадзора, сейчас 65 процентов ПВВ, применяемых в России, — это эмульсии. На Качканарском ГОКе и асбестовом карьере Свердловской области практически сто процентов обводненных руд разрабатываются с применением эмульсионных ВВ собственного приготовления. По данным Института горного дела УрО РАН, использование эмульсии позволило снизить затраты на взрывной передел на карьерах Урала в 2,5-3 раза (на Качканарских карьерах — в 3,6 раза), не говоря уже о соображениях экологической и промышленной безопасности.

Горнодобывающие предприятия Урала переходят на передовые системы электронного инициирования взрывов, которые обеспечивают не только промышленную, но и экологическую безопасность — гарантируют минимальное воздействие на окружающую среду, а главное — позволяют работать в стесненных условиях. Такая система — это, по сути, сеть из связанных между собой электронных детонаторов, их состояние постоянно тестируется и каждому задается индивидуальное время замедления. Возможность программирования увеличивает управляемость взрыва и позволяет более эффективно использовать промышленные взрывчатые вещества (ПВВ). Раз меньше масса ВВ — уменьшаются сейсмические колебания и выброс пыли.

«Сегодня наступает эра электронных средств инициирования. Электронное взрывание — это прежде всего замена ручного труда на механический. Машина заменяет человека, улучшаются условия труда. И не только, — рассказывает Виктор Синицын, старший научный сотрудник института горного дела Уральского отделения РАН. — Компьютер моделирует взрыв, рассчитывает сейсмовоздействие взрывов на охраняемые объекты и на стены карьеров… В общем, сейчас прогресс взрывного дела направлен не столько на повышение эффективности взрывчатых веществ, сколько на минимизацию последствий от их применения».

Наступило время взрывов «ювелирной точности», признают специалисты. Только так, например, ведется разработка уникального месторождения известняка в городской черте — обводненного и к тому же окруженного с трех сторон жилыми постройками и промышленными объектами. Прокладывать новые линии метро без ущерба для зданий над проходческими тоннелями возможно только с помощью «прецизионных» взрывов. Использование традиционных взрывных технологий при проходке тоннеля в центре Екатеринбурга несколько лет назад едва не привело к катастрофе: через все пять этажей жилого дома прошли сквозные трещины. Здание пришлось укреплять, разрабатывать новый проект взрывных работ. Тоннель прошли, снизив в полтора-два раза массу зарядов и удлинив импульс взрыва.

Затраты на буровзрывные работы составляют около трети общей стоимости единицы добываемого сырья

Именно такую точность и обеспечивает электроника. Качество взрывания прекрасное, единодушны специалисты, вот только «минус» системы — ее цена. Например, в Междуреченске «электронный» взрыв 50 тонн ПВВ обошелся в 438 тысяч рублей, а стоимость детонирующего шнура с пиротехническим реле для такого же взрыва составила бы 406 тысяч. Да, дешевле на восемь процентов, но «по старинке» никак не получилось бы осуществить взрыв так, чтобы не задеть подстанцию и железнодорожную станцию рядом с разрезом, и получить настолько хорошее качество дробления взорванной горной массы.

«Перспективы использования электронных детонаторов отличные, за ними однозначно будущее взрывного дела, — считает Александр Русских, директор предприятия «Промтехвзрыв». — Вспомните, сотовые телефоны когда-то были доступны лишь узкому кругу потребителей, но сегодня заполонили весь мир, и сейчас никто не может представить себя без этого девайса. То же самое будет и с электронными детонаторами. Просто их путь будет дольше из-за эксклюзивности и сложности допуска средств инициирования на рынок. Для этого необходимы длительные испытания на нескольких предприятиях и совсем другой уровень подготовки взрывперсонала — как ИТР, так и рабочих, что связано с программированием и модуляцией взрыва».

Современные взрывы гарантируют минимальное воздействие на окружающую среду

«Для нас эта тема насущная и животрепещущая, — продолжает он. — К сожалению, наши производители не отличаются гибкостью: они не раз предлагали нам свою продукцию по очень высокой цене, дескать, инженерная мысль и сложность конструкторских разработок недешевы. Но я им всегда отвечал, что мы, потребители, не должны оплачивать их трудности. Мы просили их снизить цену, скажем, в качестве демонстрационного рекламного хода, — они ни в какую. Пока эта ниша свободна, как бы не заняли ее иностранные компании… Возможно, ситуацию может исправить государственное дотирование разработок или стимуляция потребителей этой отечественной продукции. На заводах России есть технологии и разработки, но, повторюсь, отечественные разработчики не активны в продажах».

В целом затраты на буровзрывные работы составляют около трети общей стоимости единицы добываемой горной массы, причем основная статья расходов — взрывчатые вещества и материалы. Все крупные компании работают на собственной взрывчатке, например, завод в Качканаре выпускает 30 тысяч тонн в год, Асбестовский — около 15. Они же обеспечивают небольшие предприятия, в основном строительной отрасли, с объемами добычи в 200-300 тысяч тонн. Сейчас в целом по России, по данным Ростехнадзора, 85 процентов ПВВ производится на местах их использования.

«Предприятия приобретают импортные технологии, однако приспосабливают их к нашим условиям — переводят производство на отечественные компоненты. И переход этот проходит весьма успешно», — подчеркивает профессор Уральского горного университета Александр Ермолаев.

65 процентов промышленных взрывчатых веществ, применяемых сейчас в России, — это эмульсии

Он отмечает передовую и общемировую тенденцию — массовый отказ от тротилсодержащих ВВ в пользу эмульсий, взрывчатых веществ нового поколения — более качественных, экологичных и дешевых. По консистенции эмульсионная взрывчатка напоминает сметану, добавление нитрита натрия инициирует газификацию, пузырьки и являются инициатором взрыва. Если тонна тротила стоит 580-600 долларов, то эмульсионные ВВ — 280-380. К слову, первое производство эмульсионной взрывчатки на основе аммиачной селитры освоили на Урале, на Калиновском химзаводе почти четверть века назад.

По данным Ростехнадзора, сейчас 65 процентов ПВВ, применяемых в России, — это эмульсии. На Качканарском ГОКе и асбестовом карьере Свердловской области практически сто процентов обводненных руд разрабатываются с применением эмульсионных ВВ собственного приготовления. По данным Института горного дела УрО РАН, использование эмульсии позволило снизить затраты на взрывной передел на карьерах Урала в 2,5-3 раза (на Качканарских карьерах — в 3,6 раза), не говоря уже о соображениях экологической и промышленной безопасности.

Видео дня. СУ-30 перехватил американские самолеты над Черным морем

Бурение  возникло для того, чтобы добраться до ресурсов, скрытых от человека под толщей земли. По большому счету с тех пор мало что в этом вопросе изменилось — однако есть разница в технологиях и объемах добычи. Сегодня, пробурив десятки метров земли, человек с помощью специального оборудования помещает в глубину заряд и посредством взрыва получает сразу десятки и сотни тонн нужных ему материалов.

Само понятие буровзрывных работ включает в себя гораздо большее число различных процессов, чем собственно бурение. Цель этих работ, выполняемых последовательно, этап за этапом, — отделить часть скальной породы от массива, подходящим образом обработать и получить искомое, будь то строительные материалы, минералы или что-то еще. Комплексу буровзрывных работ предшествует планировка предварительно расчищенной площадки. Затем с помощью современных технических средств рассчитывается глубина бурения, расстояние между скважинами, вид и диаметр последних; в идеале планирование выполняет специальная компьютерная программа на основе загруженных в нее данных.

До начала бурения проводится устройство временных подъездных дорог и, при необходимости, водоотвода и переноса инженерных коммуникаций. В случае проведения буровзрывных работ в темное время суток площадка должна быть хорошо освещена. Вся техника и оборудование, кроме непосредственно участвующего в комплексе буровзрывных работ, заранее выводится за пределы опасной зоны.

Далее выполняется бурение скважин (шпуров, полостей), в которые затем будут заложены взрывчатые материалы. Скважины бурятся вертикально или под наклоном, в соответствии с проведенными заранее расчетами. Современное оборудование позволяет выполнять как бурение, так и последующую закладку взрывчатого вещества дистанционно, без участия людей на месте работ. И наконец, с помощью специальных средств производится взрыв.

Показателем качественно проведенных буровзрывных работ являются равномерно раздробленные куски породы — процент осколков негабаритного размера при этом должен быть минимальным.

Кроме добычи полезных ископаемых к буровзрывным работам прибегают и при разработке скальных или мерзлых грунтов. В этом процессе существует ряд своих нюансов. Например, отклонение между осями устьев скважин не должно превышать 50 миллиметров, отклонение от оси проходки — 20 миллиметров; отклонение скважин, шпуров от заданного направления не должно превышать 1% их глубины при вертикальном положении и 2% — при наклонном положении. Что касается отклонения отметок дна и бортов выемок при разработке прочных, скальных и мерзлых грунтов, их допустимые нормы определяются в проектной документации.

Разработка скальных грунтов под водой буровзрывным способом также ведется в наше время довольно широко. При этом бурение скважин для зарядов выполняется с помощью особых буровых установок, смонтированных на плавучих средствах. При разработке грунтов под водой на глубину до одного метра рыхление проводится накладными зарядами, от одного до двух метров — шпуровым методом, на глубину более двух метров — колонковыми зарядами.

Если добыча ведется под землей, используется метод подземных буровзрывных работ. При этом с помощью буровых станков бурятся шпуры, закладываются взрывчатые вещества и затем осуществляется взрыв. После этого фрагментированная порода извлекается — и весь процесс при необходимости повторяется вновь. А извлеченная порода с помощью транспортных средств доставляется к дробильно-сортировочному комплексу или на горно-обогатительный комбинат, где происходит ее дальнейшая обработка.

Буровзрывные работы используются и в строительстве — ведь они позволяют быстро и со сравнительно небольшими затратами решить задачи, на которые при любом другом способе потребовалось бы много больше ресурсов. К буровзрывным работам в строительной отрасли прибегают при сооружении таких масштабных объектов, как плотины, электростанции и т.д., в местах с большим количеством скальной породы, скальных и мерзлых грунтов.

Буровзрывные работы можно рассмотреть с нескольких сторон: с точки зрения используемых технологий, применяемых зарядов и других. Однако мы, в силу самой специфики издания, вместо этого поближе рассмотрим пару современных образцов бурового оборудования, используемого в интересующих нас целях.

Одно из ведущих отечественных предприятий, выпускающих  специализированные станки для бурения взрывных скважин, — «Кыштымское машиностроительное объединение» («КМО»). Любопытным образцом интересующего нас оборудования является станок 2СБУ-100-32М для бурения скважин диаметром 110, 130 миллиметров и глубиной до 32 метров погружными пневмоударниками в породах и рудах с коэффициентом крепости от 6 до 20 по шкале профессора Протодьяконова. Спектр применения бурового станка весьма широк: от проведения горных работ до нужд дорожного строительства.

Конструкция станка позволяет при необходимости произвести его быструю разборку на транспортабельные узлы и сборку в местах применения. В качестве энергоносителя для привода вращателя станка 2СБУ-100-32М применяется электроэнергия 380 вольт, 50 герц.

Станок для бурения взрывных скважин 2СБУ-100-32М выпускается как с электроприводом, так и в варианте с приводом сжатым воздухом. С первым типом вращателя масса станка с ЗИП составляет 680 килограммов, а со вторым — 770 килограммов. В зависимости от исполнения несколько отличается и частота вращения бурового става: 41 или 40—90 оборотов в минуту соответственно. Мощность привода вращателя у станка с электроприводом составляет 4 киловатта, с приводом сжатым воздухом — 10 киловатт. Расход воздуха у станка первого или второго типа — 8 или 18 кубометров соответственно.

Угол наклона скважины к вертикали для 2СБУ-100-32М составляет от 0 до 90 градусов; ход подачи — 1050 миллиметров. Габаритные размеры станка (длина/ширина/высота) — 1950х800х2700 миллиметров. Таким образом, это сравнительно компактное и легкое оборудование позволяет решать задачи даже в удаленной местности — разумеется, при наличии соответствующих транспортных средств для его доставки.

Имеются у «Кыштымского машиностроительного объединения» и станки для бурения глубоких взрывных скважин под землей. Именно к числу таких относится буровой станок СУГОМАК М-200 СБПУ-200СПР — кроме взрывных скважин он, используя пневмоударник, также способен бурить и скважины вспомогательного значения: компенсационные, закладочные, вентиляционные и другие.

Глубина бурения у СБПУ-200СПР достигает 200 метров; диаметр скважин — 85—160 миллиметров. Ход подачи у станка составляет 1270 (2410) миллиметров, длина штанги — 1170 (2200) миллиметров. Ход надвигания — 1000 миллиметров, угол поворота податчика — 360° (круговой веер), частота вращения шпинделя — 78 оборотов в минуту. Мощность электромотора гидростанции 22 кВт (пневмомотор — П16-25 16 кВт).

Станок СБПУ-200СПР для буровзрывных и других работ относится к серии СУГОМАК — все основные функции у представленных в ней машин  (вращение и подача бурового става, подъем, поворот и раскрепление податчика, перемещение станка) производятся посредством гидравлических приводов. Гидравлическая схема станков выполнена на итальянских гидронасосах SAMHYDRAULIK и гидрораспределителях Hydrocontrol с пропорциональным управлением. На выносном пульте управления бурением имеются джойстики для управления подачей и вращением бурового става. Благодаря пропорциональной схеме управления существенно экономится расход потребляемой энергии. По желанию заказчика любой из станков этой серии независимо от типоразмера (и СБПУ-200СПР с габаритными размерами 4300х1800х2250 миллиметров — в том числе) может быть доукомплектован насосом для подачи промывочной жидкости, лебедкой для перемещения станка (моноблочное исполнение). Кроме того, в зависимости от размеров выработки может меняться длина податчика и величина входа вращателя.

Один из ведущих мировых производителей техники и оборудования для добывающей промышленности — компания Epiroc из Швеции — имеет в числе своих предложений целую линейку станков для бурения взрывных скважин. О самой компании и ассортименте ее продукции мы писали совсем недавно, а сегодня рассмотрим поближе один из интересующих нас образцов ее продукции.

Станок Epiroc DM30 II предназначен для бурения взрывных скважин и отличается компактными размерами и высокой степенью надежности. Поставленный на гусеничные движители, он довольно маневрен для машин своего класса и способен бурить скважины глубиной до 8,5 метра при однозаходном бурении и до 45,1 метра при многозаходном, с учетом стартовой трубы. Способен он работать и с буровыми трубами длиной 9,1 метра и оснащен стандартной каруселью на 4 трубы. Станок DM30 II характеризуется усилием подачи 133,4 кН и бурит скважины диаметром от 140 до 200 миллиметров. Топливный бак станка объемом 871 литр позволяет работать без дозаправки в течение рабочей смены.

Как и другая техника производства Epiroc, станок DM30 II на гусеничном ходу сконструирован с учетом максимально возможного комфорта для работы оператора. Он оснащен кабиной с системой поддержания избыточного давления воздуха, с тонированными стеклами, регулируемым в 6 направлениях поворотным сиденьем и отличной обзорностью. Управление всеми рабочими функциями осуществляется с панели управления, а эргономичная компоновка позволяет оператору моментально переключаться из режима бурения в режим перемещения, что повышает производительность работы. Уровень шума в кабине конструкторами станка уменьшен до минимального значения 80 дБА, что обеспечивает оператору дополнительный комфорт.

Станок DM30 II оснащен множеством функций, обеспечивающих безопасность работы оператора. В их числе защита кабины от падающих предметов (FOPS), термоизоляция пола, система аварийного отключения компрессора в условиях высоких температур. Дополнительную безопасность обеспечивают звуковой сигнал заднего хода, защита от перемещения со штангой в скважине, инклинометр перемещения и световые индикаторы подъема домкратов.

В обслуживании DM30 II также очень удобен: его продуманная компоновка обеспечивает удобный доступ ко всем основным обслуживаемым компонентам. В качестве дополнительного оснащения производитель предлагает для станка соединения для ускоренной заправки, лестницу для доступа на мачту и защитой от падения с мачты.

Отличительная черта DM30 II — экономичность: система электронного регулирования подачи воздуха (EARS) позволяет легко регулировать компрессор, чтобы экономить мощность и снижать расход топлива для сокращения общей стоимости владения.

Выносливость станку обеспечивает сварная рама из двутавровых балок, рассчитанная на сопротивление возникающим динамическим нагрузкам.

Конструкция мачты DM30 обеспечивает машине долгий срок службы даже в самых жестких условиях эксплуатации, а сварка укосин мачты в угол гарантирует ее надежность.

Система управления буровым станком Epiroc Rig Control System (RCS) Lite, построенная на платформе RCS 5, обладает множеством функций обеспечения защиты машины и безопасности производственного процесса. Все станки Epiroc, оборудованные системой RCS Lite, оснащаются одинаковыми бортовыми дисплеями, благодаря чему обученный персонал не нуждается в дополнительном инструктаже.

Разумеется, описанные выше образцы техники — лишь одни из многих, представленных на рынке бурового оборудования и подходящие для интересующих нас целей. Тем не менее только ими мы на этот раз и ограничимся.

А завершая материал, отметим еще одну интересную сферу, где проводятся буровзрывные работы. Это демонтаж зданий и сооружений. Для того, чтобы осуществить снос стен кирпичных зданий и сооружений, как правило, применяются групповые шпуровые заряды. Горизонтальные шпуры обычно устраиваются в шахматном порядке, в два ряда, на глубину до двух третей толщины стены. При этом нижний ряд зарядов располагается на полметра выше уровня земли. Расположение шпуров определяется в зависимости от прочности кладки стен. Конструкции из железобетона взрываются кумулятивными зарядами, которые, как правило, располагают в местах соединения. Де-факто работы по устройству шпуров — это разновидность строительного бурения, поэтому и в случае демонтажа зданий, и в случае расчистки будущей стройплощадки с помощью взрывов мы имеем дело с одним и тем же процессом.