УДК 635.622
ИНИЦИИРОВАНИЕ ЗАРЯДОВ ВВ
БЕСПРОВОДНЫМИ ВЗРЫВАТЕЛЯМИ
, д. т.н., профессор КузГТУ
, д. т.н., профессор КузГТУ
, к. т.н., профессор КузГТУ
Принципиально новая система взрывания, разработанная под руководством академика , основывается на следующих положениях:
– система специализирована и предназначена для взрывания групп зарядов ВВ;
– управление взрыванием зарядов ВВ производится сигналом в виде волны напряжения от взрыва заряда предыдущей серии, которая передается через массив горных пород, воду или воздух;
– очередность взрывания зарядов и интервалы замедления задаются автоматически условиями взрывания.
На протяжении многих лет многочисленные разработки новых средств инициирования, как в России, так и за рубежом направлены, в основном, на модернизацию известных средств инициирования, которые несмотря на вводимые усовершенствования все-таки сохраняют присущие принципам их работы недостатки, основные из которых следующие:
– нет гарантии надежности передачи управляющего взрывом импульса по породам или шпурам. Провода могут быть нарушены, замкнуты на массив или между собой, шнуры порваны и т. п., что приводит к отказу или нарушению очередности взрывания зарядов;
– средства инициирования имеют фиксированные интервалы замедления, а очередность и интервалы замедления при взрывании зарядов задаются на стадии проектирования взрывных работ и не могут быть изменены непосредственно в ходе отбойки породы. Они не позволяют за один прием взрывать большое число зарядов с созданием благоприятных условий работы для каждого из них;
– каждая усовершенствованная модификация средств инициирования сложнее по конструкции и дороже предыдущей;
– стоимость разработки каждого усовершенствованного средства инициирования, как правило, не соответствует положительному эффекту, достигаемому усовершенствованием.
При разработке рудных месторождений горные выработки проводят в условиях повышенной крепости, упругости и вязкости горных пород, поэтому разработке эффективных параметров БВР необходимо уделять особое внимание. В таких условиях очень важную роль играют стадии формирования врубовой полости, для чего применяют достаточно сложные схемы врубов.
Такое положение послужило основой для постановки исследований по разработке эффективных конструкций врубов для проходки горных выработок при железорудных месторождений.
Критерием эффективности взрыва служило достижение максимально возможного КИШ без увеличения количества шпуров и скважин и увеличение подвигания выработки за одно взрывание на основе технологической реализации оптимального механизма образования врубовой полости при различных условиях взрывания зарядов шпуров и скважин в проходческом забое с учетом факторов, оказывающих влияние на конечный результат взрыва.
В связи с этим на рудниках Горной Шории проведена серия сравнительных экспериментов по взрыванию широко применяемого спирально-призматического вруба с донным зарядом выброса с огневым и электрическим инициированием зарядов при сохранении постоянной геометрии вруба.
Результаты проведенных исследований позволили перейти к проверке в полигонных и промышленных условиях технологий образования врубовой полости врубами с использованием взрывателей ВАДИМ для автоматической реализации оптимального механизма разрушения горных пород при взрывании врубовых зарядов.
Срабатывание взрывателей ВАДИМ происходит от действия энергии ударной волны от взрыва соседнего (активного) заряда. Другой энергии к взрывателю не подается. Поэтому при их использовании не требуются коммутационные сети.
Для промышленного использования идеи автоматического взрывания нужны конструкции, удовлетворяющие всем требованиям техники безопасности, технологичные в изготовлении и эффективные в применении.
В принципиальном виде каждый взрыватель состоит из приемной части, преобразователя, инициирующего устройства и детонатора (каждый перечисленный элемент взрывателя может иметь различную конструкцию и даже принцип действия).
Принцип действия всех видов взрывателей ВАДИМ следующий: ударная волна от взрыва активного заряда улавливается приемным устройством и анализируется в преобразователе. Если параметры волны соответствуют тем параметрам, на которые настроен преобразователь, то срабатывает инициирующее устройство и детонатор, внутри которого может быть установлен замедляющий элемент.
Всего было разработано и испытано более 20 конструкций взрывателя ВАДИМ, ряд из которых защищены авторскими свидетельствами на изобретение и патентами.
Принципиальная схема взрывателя ВАДИМ представлена на рисунке.
Взрыватель ВАДИМ: 1 – корпус; 2 – дно; 3 – ударник; 4 – жало; 5 – инициатор;
6 – упругий элемент; 7 – заряд ВВ; 8 – скважина (шпур); 9 – куски породы.
Взрыватель состоит из прочного герметичного корпуса 1 с жестко закрепленным дном 2, внутри которого размещен ударник 3 с жалом 4, инициатор 5 и упругий элемент 6, размещенный между ударником и инициатором, причем дно и ударник выполнены из материалов с равными акустическими импедансами. Взрыватель устанавливают в заряд 7, размещенный в скважине 8, дном 2 к стенке скважины, обращенной к активному заряду (активный заряд – заряд, от взрыва которого должен сработать взрыватель ВАДИМ, пассивный заряд – заряд, в котором установлен взрыватель ВАДИМ). При взрыве активного заряда от стенки скважины откалываются куски породы 9, которые ударяют по дну 2 взрывателя ВАДИМ.
Механизм передачи кинетической энергии удара к ударнику 3 следующий. При ударе кусками породы по дну 2 в нем генерируется волна напряжений, которая переходит в ударник 3. При отражении волны напряжений от торца ударника, обращенного к инициатору, происходит обратное преобразование энергии волны напряжений в кинетическую энергию ударника (аналогия – волновой откол кусков породы при отражении волны напряжений от стенки скважины), который, преодолевая сопротивление упругого элемента 6, накалывает своим жалом инициатор 5, от взрыва которого инициирует вторичное ВВ детонатора.
Особенностью срабатывания данного варианта взрывателя ВАДИМ является то, что для инициирования используется не полная энергия удара кусков породы, а только ее часть, переданная путем волновых преобразований ударнику. Поэтому нижний предел срабатывания взрывателя ВАДИМ определяется не полной энергией удара, а только кинетической энергией ударника, зависящей от максимальной массовой скорости в распространяющейся по нему волны напряжений, которая, в свою очередь, зависит от скорости удара.
Выполнение дна 2 и ударника 3 из материалов с равными акустическими импедансами обеспечивает минимальные потери энергии волны напряжений при переходе границы дно – ударник.
Такая конструкция должна обеспечивать срабатывание взрывателя не только при высокоскоростном ударе по его крышке, но и при ударе с противоположной стороны. При этом взрыватель срабатывает по другой причине: от удара кусками породы большой массы и скорости, корпус смещается, а ударник за счет сил инерции остается на месте, и если скорость смещения корпуса достаточно велика, то взрыватель срабатывает.
Промышленные испытания взрывателей ВАДИМ подтвердили правильность предпосылок по разработке и практической реализации оптимального механизма образования врубовой полости на основе автоматического управления разрушением горных пород и выбросом отбитой горной массы из врубовой полости.
Безопасность в обращении с взрывателями достигается повышенным минимальным порогом энергии срабатывания. Поэтому по чувствительности к механическим воздействиям взрыватели безопасней серийных электродетонаторов.
Список литературы:
1. Копытов, -теоретические основы совершенствования буровзрывных технологий проведения выработок на рудниках / , , . – Кемерово, 1999. – С.155.
