Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Используемый в течение последних лет метод короткозамедленного взрывания на горных предприятиях, производящих добычу полезных ископаемых открытым способом при ведении взрывных работ с применением неэлектрических систем инициирования (НСИ), имеет некоторые недостатки. Одним из них является отклонение фактического времени замедления детонаторов от номинального. Среднеквадратическое относительное отклонение времени замедления составляет, согласно инструкции по монтажу и эксплуатации НСИ отечественного производства, до 12 % от номинального значения. По данным ряда исследований, проведенных российскими учеными, установлено, что приводимые в инструкциях допуски на замедление могут не соответствовать действительности. На практике при использовании НСИ реальное время замедления взрывной сети неизвестно, что приводит к ошибкам в расчетах схем взрывания и, соответственно, к увеличению сейсмического воздействия от массовых взрывов и ухудшению качества подготовки горной массы к выемке [1].

Встречающиеся в забоях экскаваторов недостаточно проработанные массовым взрывом участки массива горных пород в верхней части забоя, маслянистые пятна, являются первым признаком сработавших не в штатном режиме частей скважинных зарядов и недостаточной точности (по времени срабатывания) пиротехнических реле неэлектрических систем инициирования (НСИ) [4].

Сотрудниками ИГД УрО РАН совместно с работниками предприятия ООО «АВТ-Урал» при проведении массового взрыва 11 ноября 2015 года на Северном карьере ОАО «ЕВРАЗ Качканарский ГОК» на взрываемом блоке № 2444, гор. +190 м. были проведены инструментальные замеры фактических интервалов замедлений с целью определения их соответствия запрограммированным значениям для различных параметров сетки скважин. Монтаж взрываемого блока с использованием системы электронного взрывания «Daveytronic» и установка измерительного кабеля в исследуемые скважины проводились 6 и 7 ноября 2015 года. Для заряжания скважин применялось эмульсионное взрывчатое вещество (ЭВВ) нитронит Э-70. В качестве промежуточных детонаторов применялись шашки ПТ-П-750 [3].

Одним из главных преимуществ системы электронного инициирования взрыва является минимальное воздействие взрыва на окружающую среду. Возможность программировать взрывную сеть с оптимальными интервалами замедления между скважинами позволяет снизить сейсмическое воздействие на наземные сооружения до двух раз, существенно сократить разлет породы и практически полностью исключить образование пылегазового облака [2].

Система электронного взрывания Daveytronic состоит из следующих элементов: электронные детонаторы Daveytronic, один или несколько программных модулей, взрывная машинка, магистральные линии и соединители проводов. Система Daveytronic III обеспечивает интервалы замедления от 1 до 14 000 мс, программируемые с шагом в 1 мс, обеспечивая в конечном итоге высокую гибкость при планировании крупномасштабных, сложных взрывов с комбинированными сетками скважин. Система Daveytronic 2D, отличающаяся усовершенствованным протоколом связи и уникальными идентификационными номерами детонаторов, обеспечивает сокращение времени программирования детонаторов и ускоренную диагностику последовательности срабатывания детонаторов и позволяет проектировать и моделировать схемы взрывания на любом компьютере для того, чтобы обеспечивались нужные конечные результаты взрывания. Как только программирование схемы взрывания оказывается завершенным, эта схема загружается в Программный модуль. Взрывная машинка (рис. 1) выполняет проверку функциональности каждого детонатора цепи и после этого передает безопасные команды для инициирования каждого детонатора. Она может инициировать максимум 1500 детонаторов Daveytronic и имеет систему управления батареей с индикатором заряда [2].

Рис. 1. Взрывная машинка и Программный модуль системы электронного взрывания Daveytronic

Методика определения опытным путем фактических интервалов замедлений для рациональных параметров сетки скважин основана на реостатном методе измерения скорости детонации ВВ с использованием измерителя скорости детонации «DataTrap II Data/VOD Recorder» (рис. 2).

Рис. 2. Измеритель скорости детонации DataTrap II Data/VOD Recorder, позволяющий определять временные интервалы замедления между скважинами

Суть измерений заключается в определении временного интервала между взрывами скважинных зарядов. В каждом скважинном заряде ВВ исследуемой группы по всей его длине от промежуточного детонатора (начало инициирования) до устья скважины размещается измерительный кабель, который присоединяется к регистрирующему прибору посредством коаксиального кабеля РК. При взрыве по мере прохождения детонационной волны длина измерительного кабеля уменьшается и, соответственно, изменяется сопротивление кабеля. Регистрирующий прибор непрерывно измеряет изменение величины сопротивления электрической цепи и записывает во встроенную память.

Регистрирующий прибор фиксирует событие (взрыв одного скважинного заряда) в виде цифрового файла – таблицы «время – величина сопротивления» с возможностью расшифровки на персональном компьютере в виде диаграммы «длина заряда – время» с автоматическим вычислением скорости детонации, определением временного интервала между событиями, места и продолжительности события [6].

На рис. 3 указаны запрограммированные интервалы замедления системы электронного взрывания Daveytronic для каждого скважинного заряда исследуемых групп скважин. Между скважинами в исследуемых группах программируемый интервал замедления составляет 67 мс. Технологические скважины во второй части взрываемого блока № 2444 инициировались с использованием НСИ «Rionel».

Результаты экспериментальных измерений фактических интервалов замедления между скважинными зарядами ЭВВ в исследуемых группах для различных параметров сетки скважин при монтаже взрываемого блока с использованием системы электронного взрывания Daveytronic представлены в таблице. Схематические разрезы исследуемых групп скважин [5] при определении фактических интервалов замедлений между скважинами и скорости детонации ВВ представлены на рис. 4, a и б.

Рис. 3. Схема расположения исследуемых скважин во взрываемом блоке и монтажа взрывной сети с использованием системы электронного взрывания Daveytronic с программируемыми интервалами замедления (I, II, III, IV – исследуемые группы скважин)

Результаты измерений фактических интервалов замедления между скважинами и скорости детонации ЭВВ «Нитронит Э-70» в технологических экспериментальных скважинах

Графики результатов измерений фактических интервалов замедлений между скважинами в исследуемых группах и скорости детонации ВВ в скважинах представлены на рис. 5 a и б.

В результате проведенных исследований из таблицы и графиков замеров фактических интервалов замедления видно, что для исследуемых скважин группы IV произошла большая задержка инициирующего импульса уже между первым и вторым рядом скважин на 120 мс. Для исследуемых скважин группы II фактические интервалы замедления почти совпали с ожидаемыми запрограммированными интервалами замедления и отличаются от них на 4–10 мс. Большое отклонение временного интервала возникло между скважинами первого и второго ряда на 108 и 187 мс для скважин группы II и IV соответственно. Между скважинами второго и третьего ряда произошло опережение инициирующего импульса и составляет 22 и 35 мс для скважин группы II и IV соответственно.

Фактически, для скважин № 13 и 7 случилось одновременное инициирование скважинных зарядов. Затем для последних рядов скважин произошло нивелирование отклонений временных интервалов. Нормальное срабатывание инициирующего импульса возникло для последних рядов скважин для группы II между скважинами № 7 и 4, 4 и 2, интервал замедления составил 64 мс, максимальные отклонения – 3 мс. Для группы IV между скважинами № 11 и 9 произошло идеальное совпадение фактических и ожидаемых интервалов замедления – 67 мс.

При анализе графиков результатов измерения скорости детонации из рис. 5, a и б видно, что произошел подбой измерительного кабеля в исследуемых скважинах № 17 и 13 группы II и в исследуемых скважинах № 27, 19 и 11 группы IV. Это может свидетельствовать о неправильной работе скважинных зарядов, в частности об опережении и задержке инициирующего импульса между скважинными зарядами № 17 и 13, 13 и 7, 27 и 25, 25 и 19. Следует обратить внимание, что в исследуемых скважинах № 7, 4, 2 и 9, в которых была зарегистрирована скорость детонации, фактические интервалы замедления подтверждают ожидаемые, следовательно можно судить, что подбой измерительного кабеля в других исследуемых скважинах связан с неправильной работой скважинных зарядов.

Рис. 4a. Схематический разрез исследуемой группы скважин № II при определении фактических интервалов замедлений между скважинами и скорости детонации ВВ

Рис. 4б. Схематический разрез исследуемой группы скважин № IV при определении фактических интервалов замедлений между скважинами и скорости детонации ВВ

Рис. 5a. График результатов измерений фактических интервалов замедлений между скважинами исследуемой группы № II и скорости детонации ВВ в скважинах

Рис. 5б. График результатов измерений фактических интервалов замедлений между скважинами исследуемой группы № IV и скорости детонации ВВ в скважинах

В результате проведенных инструментальных замеров скорость детонации ВВ «Нитронит Э-70» в исследуемых скважинах лежит в диапазоне от 4218 до 5594 м/с, что свидетельствует о работе скважинных зарядов в нормальном (штатном) режиме.

Фактические интервалы замедления между скважинами в исследуемых группах I и III определить невозможно, т.к. произошло повреждение измерительной цепи в этих группах.

Наибольшая задержка инициирующего импульса возникла при минимальных параметрах сетки скважин при расстояниях между скважинами 3 и 2 м. Опережение инициирующего импульса случилось при расстоянии между скважинами 5 м. При максимальных параметрах сетки скважин 5,5–5,8 м заметна стабильная задержка инициирующего импульса.

В результате проведенных исследований установлено, что большая задержка инициирующего импульса произошла между скважинами первого и второго ряда, затем возникло опережение инициирующего импульса по отношению к программируемому времени срабатывания между скважинами второго и третьего ряда, и далее случилось нивелирование интервалов замедления между скважинами третьего, четвертого и пятого рядов.

Для того чтобы более точно оценить запаздывание или опережение инициирующего импульса и правильную работу соседних зарядов, требуется дальнейшее исследование фактических интервалов замедлений в смежных исследуемых группах скважинных зарядов.