Если не применяют взрывное рыхление, высоту уступа ограничивают максимальной высотой резания экскаватора; при взрыве — полуторной высотой максимальной высоты резания экскаватора; при разработке пород драглайном или роторным экскаватором — максимальной глубиной или высотой резания экскаватора.

Рис. 3.1. Параметры уступа и элементы карьера:

Выгодно разрабатывать высокие уступы, так как повышается эффективность буро-взрывных работ, сокращается число передвижек экскаватора, упрощается транспортная схема карьера, сокращаются затраты труда. Ширина заходки зависит от типоразмеров экскаваторов и вида породы. В скальных породах ширина ее равна 1,5—2,5 радиуса резания экскаватора. Для создания широкого фронта работ при одновременной работе нескольких экскаваторов заходки могут быть разделены на ряд блоков-захваток. Уступ разрабатывают последовательными параллельными полосами-заходками (проходками). Заходки — это часть слоя, длина L и высота которого hy соответствуют длине и высоте уступа, а ширина А зависит от применяемого способа рыхления и выемки породы. Часть заходки по ее длине (см. рис. 3,1), разрабатываемая самостоятельными средствами отбойки, называется блоком. Та часть заходки по ее длине, которая подготовлена для разработки, носит название фронта работы уступа, другая, неподготовленная часть — запасным фронтом работ. Ширина заходки, А зависит от типоразмера экскаватора.

При разработке мягких и рыхлых пород без применения взрывных работ А = 1,5 В (вм), где В — радиус резания экскаватора на горизонте установки экскаватора.

Буровзрывные работы. Задача буровзрывных работ на карьерах — равномерное дробление горных пород с обеспечением крупности кусков, отвечающих требованиям производства. Создание запаса взорванной породы, соблюдение заданных параметров развала породы способствует высокопроизводительной работе транспортных и погрузочных машин.

В практике взрывных работ наиболее часто используют классификацию горных пород проф. М. М. Протодьяконова, в которой в качестве эталона за единицу крепости принят предел прочности при сжатии (табл. 6), равный 100 кгс/см2. Скважины бывают вертикальные и направленные — наклонные.
Выбор направления скважин — один из важных вопросов, решаемых при проектировании буро-взрывных работ.

Станки для наклонного бурения сложнее, чем для бурения вертикальных скважин. Вместе с тем направленные скважины имеют большие преимущества 5 перед вертикальными: при проходке наклонной скважины параллельно откосу уступа линия наименьшего сопротивления (л. н. с.) будет постоянной. При их взрывании значительно снижается выход негабарита и на 16—20% увеличивается выработка экскаватора, л. н. с. — кратчайшее расстояние от центра или оси заряда до обнаженной поверхности — меньше линии наименьшего сопротивления по подошве (л. с. п.). При размещении зарядов в наклонных скважинах л. н. с. и л. с. п. почти равны. Величина л. н. с. зависит от Диаметра заряда, свойств породы, высоты и угла откоса уступа. Условно л. н. с. обозначают буквой Wp.

Наклонное бурение имеет недостатки: ухудшается работа бурового инструмента, несколько осложняется зарядка скважины ВВ. Последний недостаток устраним при механизированном заряжении скважины. Промышленность приступила к массовому изготовлению станков для наклонного бурения, что значительно улучшит показатели добычи горной породы.

Рис. 3.2. Взрывание скважинными зарядами

Очистку скважин от буровой мелочи наиболее целесообразно производить ; водой, это улучшает условия труда и увеличивает стойкость бурового инструмента. Для работы при отрицательных температурах в станках предусмотрена воз-’ можность сухого улавливания пыли.

Станки ударно-вращательного бурения с погружными пневмоударниками предназначены для бурения крепких пород. Рабочим органом служит пневмоудар- ник, навинчиваемый на трубчатые буровые штанги и погружаемый в скважину по мере ее углубления. Скважины очищаются от буровой мелочи отработавшим воздухом. Погружной ударник следует непосредственно за коронкой. Диаметр скважин — в пределах 100—150 мм.

Эффективно бурение станками с погружным пневмоударником. Они имеют большую скорость, чем ударно-канатные. Можно бурить скважины в крепких породах от 0 до 90° к горизонту, отсутствует необходимость в подвозке тяжелого инструмента и снабжении водой. Бурение возможно в породах с коэффициентам крепости до 10—16.

Станки шарошечного бурения также предназначены для бурения крепких пород (/=6—14). Рабочим органом служит шарошечное долото, привинчиваемое на нижний конец бурового стана. Поступая от компрессора в скважину, сжатый воздух охлаждает долото и, выходя из скважины по затрубному пространству с большой скоростью (18—20 м/сек), выносит буровую мелочь. Эти станки обла дают высокой скоростью, превышающей в 3—4 раза скорость станков канатно- ударного бурения, не требуются вода и тяжелые долота. Можно регулировать осевое давление на буровой инструмент и число оборотов в широких пределах, подбирать оптимальные режимы работы в разных горногеологических условиях. К недостаткам можно отнести: большую массу станков, связанную с необходимостью иметь определенную величину осевого давления, недостаточную стойкость шарошек и большой их расход. Возможно бурение вертикальных и наклонных скважин диаметром 150—320 мм в породах крепостью от 6 до 14—16 по шкале М. М. Протодьяконова. При шарошечном бурении горные породы разрушаются благодаря сложному воздействию долота: удару, резанию, смятию.

Вращательное бурение скважин шнековыми станками удобно в породе крепостью менее 6. Скважины бурят диаметром .110—150 мм. Бурение допустимо в породах с коэффициентом крепости меньше 6, например в мягких известняках, некрепких песчаниках.

Для получения скважин диаметром 100—150 мм в породах, равнозначных по прочности каменному углю, целесообразны станки шнекового вращательного бурения. Они в 3—4 раза производительнее станков ударно-канатного -бурения. Ими можно бурить вертикальные, горизонтальные и наклонные скважины, стоимость бурения невысокая, обслуживание несложное, отсутствует потребность в воде для очистки скважины от мелочи, которая выносится шнеком на поверхность забоя. К недостаткам такого бурения относятся высокая стоимость резцов, армированных пластинками твердого’ сплава, быстрая изнашиваемость его и в связи с этим ограниченность применения, возможность обвала стенок скважин в трещиноватых породах.

Термическое бурение применяют главным образом в породах, имеющих кремнистое основание и крепость 14—16 по М. М. Протодьяконову. Порода в основном разрушается за счет термических напряжений, возникающих вследствие неравномерного нагревания отдельных слоев и изменения структуры кварца под воздействием горячих газов, Образующихся при сгорании топлива и истекающих из сопла со сверхзвуковой скоростью. Для бурения применяют горелку реактивного типа, в которую подают смесь кислорода и керосина. Горелка охлаждается водой, которая norf воздействием высоких температур переходит в пар, выносящий на поверхность продукты разрушения породы.

Разновидность термического бурения пород любой крепости — бурение термодинамической активной струей плазмотрона.

Выбор бурового станка представляет сложную задачу, решать которую следует с учетом свойств породы, способов взрывных работ, их объема.

Заряжание скважин и шпуров. Пробуренные шпуры и скважины заряжают взрывчатыми веществами ВВ. Наиболее распространены (90%) аммиачно-селитренные ВВ Ас, основной составной частью которых является аммиачная селитра. Большинство их сравнительно безопасно в обращении, легко поддается различной технологической обработке, имеет невысокую стойкость, для их приготовления имеются практически неограниченные ресурсы. К недостаткам ВВ Ас относятся гигроскопичность, слеживаемость, низкая водоустойчивость, невысокая плотность при ручном заряжании, недостаточная чувствительность к начальному импульсу, особенно при переувлажнении. По характерным свойствам ВВ Ас разделяются на несколько групп: акваниты, акватолы, аммоналы, аммониты, гранулиты, детониты, динамоны, зерногранулиты, игданиты (96% гранулированной селитры и 4% солярового масла).

Одна из основных групп аммиачно-селитренных ВВ представляет собой механическую смесь аммиачной селитры со взрывчатыми нитросоединениями и невзрывчатыми горючими добавками. В качестве взрывчатых нитросоединений используют порошкообразный тротил, гексоген, динатронафталин, которые вводят для повышения мощности и чувствительности. ВВ. Горючими невзрывчатыми добавками являются древесная мука, мука сосновой коры и др. Их вводят для улучшения структуры аммонитов против слеживаемости, в качестве горючего материала. ВВ выпускают в порошкообразном, патронированном виде. К группе ВВ Ас относятся аммоналы — механическая смесь кристаллической селитры, тротила и алюминиевого порошка или их сплавов. Промышленность изготавливает эти ВВ порошкообразными и литыми.

Аммиачная селитра NH4NO3 (нитрат аммония) получается взаимодействием аммиака на азотную кислоту. Широко используется в сельском хозяйстве как удобрение. А0 — взрывчатый кристаллический порошок белого цвета, легко растворяется в воде с поглощением тепла, плавится при 145—160°, малочувствителен к внешним воздействиям, является слабым ВВ и сильным окислителем. При взрыве 1 г Ас выделяется 0,2 г кислорода. Для снижения слеживаемости проводят гранулирование Ас или вводят добавки-нитраты кальция и магния, фуксин, апатит или фосфоритную муку.

Взрыв характеризуется очень быстрым переходом потенциальной энергии ВВ в кинетическую, сопровождается повышенным давлением на окружающую среду (скальную породу) и звуковым эффектом. Взрыв ВВ происходит вследствие одновременного сталкивания огромного количества активных молекул, обладающих запасом энергии, которая обеспечивает непрерывность протекания взрывчатой реакции по массе вещества. Каждое вещество имеет в своем составе активные молекулы, количество которых резко возрастает с увеличением температуры и давления. При взрыве на небольшом участке ВВ количество активных молекул увеличивается в миллион раз, выделяемая при их. столкновении энергия образует ударную и детонационную волну. Для производства взрыва рассчитывают заряд ВВ, подготовленный к взрыву в шпуре или скважине.

Метод взрывных работ — система приемов и способов подготовки зарядных камер, размещение и взрывание ВВ, обеспечивающих заданный горнотехнический эффект. Зарядная камера — искусственная полость в горных породах. в которой размещается заряд ВВ. Такой камерой служат шпур, скважина, рукав, котловые полости в шпурах и скважинах.

Рис. 3.3. Расположение зарядов:
1 — штольня; 2 — зарядная камера; 3 — забойка; 4 — ДШ; 5 — патрон-боевик

Рис 3.4. Способы взрывания ВВ:
1 — источник тока; 2 — электродетонатор; 3 – детонирующий шнур; 4 — ВВ; 5 — тротиловая шашка; 6 — пат- рс/й-боевик; 7 — промежуточный детонатор из аммонита; 8 — заряд зерногранулита; 9 — ЗД-8-56; 10 — ЭДКЗ-1—25 мсек; 11 — ЭДКЗ-2 50 мсек; 12 — мостик накаливания; 13 — капсюль-детонатор; 14 — электропровод; 15 — огнепроводный шнур; 16 — зажигательный состав

Рассредоточенные заряды с воздушными промежутками (рис. 3.3, г) значительно повышают равномерность дробления, в 1,2—2 раза, снижают выход негабаритных кусков (в отдельных случаях до нуля) и на 15—20% уменьшают удельный расход ВВ.

После заряжания скважин (шпуров) ВВ делается забойка скважин, чтобы увеличить сопротивление выходу газов, образующихся при взрыве. Забойка также способствует более полной детонации ВВ в заряде, увеличению продолжительности действия продуктов детонации на взрываемую среду, ослабляет воздушную ударную волну, способствует уменьшению разлета кусков породы. В качестве забоечного материала используют песок, глину, смесь песка с глиной, буровую мелочь. Наиболее эффективен сыпучий материал, имеющий небольшую влажность. В ряде случаев таким забоечным материалом служит вода.

Для механизации заряжания ВВ типа игданитов, гранулитов, зерногранулитов и водонаполненных смесей применяют зарядные машины УПЗМ-2. ВВ подаются в них пневмо- или гидротранспортом. Механическое заряжание повышает плотность ВВ в зарядах, что способствует сокращению буровых работ и более эффективному использованию энергии ВВ.

Способы и средства взрывания зарядов ВВ. На карьерах применяют несколько способов взрывания. Огневой способ прост; стоимость небольшая, характеризуется большой опасностью, возможностью повреждения огнепроводного шнура и зарядов, не допускает одновременное взрывание группы зарядов и проверку по приборам качества подготовки взрыва, требует присутствия взрывника при зажигании шнуров. Взрывание осуществляется при помощи капсюля-детонатор а КД и огнепроводного шнура (ОШ), который имеет сердцевину из опрессованного дымного пороха, горящего с постоянной скоростью 0,01 или 0,05 м/сек (рис. 3.4, в).

Огневое взрывание включает изготовление зажигательных трубок, патронов- боевиков, заряжание и забойку шпуров (скважин). При огневом взрывании сноп искр ОШ возбуждает КД, от взрыва которого детонирует заряд ВВ. Этот способ применяют для взрывания одиночных зарядов или для последовательного взрывания серии зарядов.

Капсюль-детонатор (рис. 3.4, г) состоит из гильзы, с запрессованным комбинированным зарядом из инициирующих и бризантных ВВ для возбуждения детонации. В качестве первичных инициирующих ВВ в КД используют гремучую ртуть, азид свинца, тенерес. В качестве вторичных — высокочувствительные бризантные ВВ: тетрил, гексоген, ДЭН. Первичные инициирующие ВВ запрессовывают в чашечку под давлением 250—300 кгс/см2, вторичные — до оптимальной плотности, при которой достигается их наибольшее инициирующее действие. Для детонации низкочувствительных ВВ, таких, как аммиачная селитра, игдани- ты, акватолы, гранулиты, не детонирующие от взрыва КД, применяют промежуточный детонатор—заряд ВВ, детонирующий от КД, ЭД или ДШ.

ДШ передает детонацию от КД миллиэлектродетонатора (ЭД) к заряду ВВ (см. рис. 3.4, б). Он состоит из плотной,взрывчатой сердцевины, обычно изготовляемой из кристаллического гранулированного ТЭНА, и водоизолирующей оболочки. Для взрывания в сухих и влажных условиях используют ДЦ1-А, в обводненных ДШ-В. Скорость детонации — 6000 м/сек. При взрыве ДШ осуществляется комплекс операций: резка шнура, присоединение ЭД или КД к магистрали ДШ, производство взрыва и осмотр его результатов. Заряды детонируют обычно от петли или узла ДШ, а также о
т боевика с ДШ.

Огневой метод взрыва с ДШ безопасен и прост, допускает одновременное взрывание большой серии зарядов, обладает высокой маневренностью, позволяет взрывать заряды любой конструкции в сухих и обводненных условиях, безопасен по отношению к блуждающим токам. К его недостаткам относится невозможность проведения пробной проверки правильности монтажа сети, высокая стоимость ДШ, недостаточная стойкость в воде и в зарядах с нефтепродуктами, а также к низким температурам.

Для контроля за временем при воспламенении зажигательных трубок, введенных в заряды взрывником, используют контрольную трубку (КТ). Применение ее обязательно при огневом взрывании пяти и более зарядов. КТ поджигают первой и укладывают не менее чем в 5 м от заряда, зажигаемого первым, но не на пути отхода взрывника в безопасное место. Во избежание попадания мелких осколков для контрольной трубки используют КД в бумажной гильзе. При взрывании контрольной трубки взрывник должен немедленно уйти в укрытие независимо от наличия неподожженных зарядов ВВ.

Электродетонатор — соединение капсюля-детонатора с электровоспламенителем в одной гильзе для инициирования заряда ВВ (рис. 3.3, д). При прохождении электрического тока мостик накаливания электровоспламенителя мгновенно нагревается, вызывает вспышку зажигательного состава, от которого мгновенно загорается воспламенительный состав. Луч пламени воспламенительной головки вызывает взрыв детонатора. ЭД изготавливают мгновенного, короткозамедлен- ного и замедленного действия; время срабатывания — 2—10 мсек.

Электрическое взрывание (рис. 3.4, а) представляет собой комплекс операций, включающий проверку и подбор ЭД по сопротивлению, изготовлению боевиков с ЭД, заряжание скважин, монтаж электровзрывной сети, подключение ее к источнику тока, производство взрыва, осмотр места взрыва.

Техническими средствами и средствами взрывания при электровзрывании служат проводник электрического тока, источники тока, контрольные электроизмерительные приборы, ЭД. Этот же способ допускает мгновенное, короткозамедленное и замедленное взрывание, он мене? опасен для взрывника, чем огневой способ. К недостаткам его следует отнести необходимость прекращения работы всех машин на период монтажа электровзрывной сети и производства взрыва в пределах опасной зоны, возможность преждевременного взрыва от блуждающих токов, необходимость в мощных источниках тока и в точных электроизмерительных приборах, потребность в тщательном выполнении работ при монтаже электровзрывной сети.

Бескапсюльное взрывание — один из способов инициирования зарядов ВВ без размещения в них КД или ЭД. Заряд ВВ инициируется детонирующим шнуром, детонация которого вызывается взрывом КД или ЭД.

Боевик-патрон ВВ или часть заряда ВВ соединяют с инициатором взрыва. В качестве инициатора используют зажигательную трубку, ЭД или ДШ. Боевик служит для надежной детонации всего заряда ВВ. При огневом взрывании боевики изготовляют путем ввода КД зажигательной трубки в патрон. Для этого в патроне ВВ делают углубление диаметром 8—9 мм, в него на всю длину гильзы вставляют КД. В сырых и обводненных местах место ввода КД в патрон подвергают гидроизоляции при температуре не более 60°. При дублировании при всех способах взрывания в заряд вводят два боевика.

Для подачи электрического тока к заряду ВВ используют взрывные машины конденсаторного типа (рис. 3.5, е) или динамо-электрические, а также электросеть общего назначения напряжением 220—380 В.

Короткозамедленное взрывание (КЗВ) — взрывание зарядов ВВ в определенной последовательности через заданные интервалы времени, не превышающие 500 мсек, в течение которых используются остаточные напряжения во взрываемой породе, вызванное взрывом предыдущих зарядов. При дроблении большинства крепких пород методом скважинных зарядов замедление составляет 10—50 мсек.

Рис. 3.5. Средства взрывания ВВ:
а — огнепроводный шнур; б — патрон-боевик; в — зажигательная трубка; г — капсюль-детонатор; д — электродетонатор; е — взрывная машинка; 1 — сердцевина ОШ; 2 —ОШ; 3 —шпагат; 4 — КД; 5 —ВВ; 6 — оболочка; 7 – гильза; 8 — тетрил; 9—гремучая ртуть; 10 — воспламенительная головка; 11 — мостик накаливания; 12 — концы электропровода; 13 — пластикат; 14 — электропровод; 15 — зажимы для проводов; 16 — ключ для включения (завода пружины)

При правильно проведенном взрыве выход негабаритных кусков должен быть минимальным. Для достижения высокой выработки экскаваторов, грузоподъемно- транспортных средств при взрывном дроблении целесообразно стремиться к получению меньших размеров кусков. Куски камня, превышающие размеры, установленные ТУ, подлежат вторичному дроблению взрывным и машинным способами. При машинном способе камень дробят до нужных размеров бутобоями, шаровыми и клиновыми грузами, подвешенными на экскаваторах и кранах, что не рекомендуется к широкому применению, поскольку быстро изнашиваются подъемные механизмы крана и экскаватора.

Взрывание на выброс производят для образования профильных выемок, для образования насыпей, вскрытия месторождения и т. д. Взрывание на выброс осуществляется методами сосредоточенных горизонтальных удлиненных или скважинных зарядов. Взрыв на выброс можно разделить на два этапа: сначала выбрасываемый грунт (порода) приводится в движение взрывчатыми газами, потом куски породы разлетаются в стороны. Взрывы на выброс бывают обычные и направленные. При обычных взрывах выброшенный грунт равномерно распределяется в отвалах по бортам выемки, при направленном основная масса грунта выбрасывается на один из бортов выемки. Для обычных взрывов на выброс характерно однорядное расположение зарядов, для направленных — двух- и многорядное. Взрывы на выброс требуют больших расходов ВВ, и при разработке дорожных выемок их применяют с осторожностью, чтобы не нарушить исторически сложившееся равновесие сильно трещиноватых пород.

Карьерный транспорт. Для отправки горной массы – может быть использована железная дорога нормальной и узкой колеи, автомобили, конвейеры (ленточные транспортеры), канатно-подвесные дороги и др. В дорожном строительстве наиболее распространены автомобили, землевозы и при небольших расстояниях доставки горной массы на КДЗ (0,5—1 км) звеньевые ленточные транспортеры без применения погрузчиков или с использованием самоходных погрузочных машин.

Конвейерный транспорт — один из самых перспективных и выгодных видов транспорта при добыче камня, так как он обеспечивает непрерывность перемещения горной массы и возможность автоматизации процесса. Его применение ограничено из-за невозможности перемещения больших кусков материала ввиду быстрого износа ленты транспортера. Если между экскаватором и приемным бункером транспортера установить передвижную первичную дробилку, значительно улучшится использование транспортера с передачей продукции первичного дробления непосредственно транспортером в цех вторичного дробления КДЗ.

С целью лучшего использования автомобилей-самосвалов на карьерах производят погрузку, в их кузов дополнительно одного неполного ковша экскаватора. Это делают чаще всего в тех случаях, когда в кузов грузят целое число ковшей, которое не полностью соответствует грузоподъемности автомобиля.

К организационным факторам, улучшающим работу автомобилей, можно отнести: выбор схем заездов и установки автомобилей на погрузку; применение рациональных схем движения автомобилей; согласованность работы экскаваторов и оперативного (диспетчерского) управления. Схемы заездов и установки автомобилей под погрузку должны снизить до минимума затраты времени на маневры и загрузку, обеспечить возможность непрерывной подачи автомобилей к экскаватору, безопасность работ, минимальную ширину рабочей площадки, эффективную автоматизацию управления транспортом В карьере. Инж. В. Д. Шмаров (ХАДИ) рекомендует в целях лучшего использования автомобилей допускать небольшую недогрузку экскаватора.

Автомобили нужно загружать материалом при небольшом угле поворота стрелы экскаватора и обеспечении оптимального радиуса резания (0,75—0,8 В). Площадь забоя должна допускать свободный обмен автомобилей под экскаватором с минимальной затратой времени. Желательно устанавливать автомобили со стороны пульта управления машиниста, чем сокращается продолжительность погрузки и обеспечивается безопасность работы. Автомобиль нужно устанавливать с минимальными изменениями направления движения и без применения разворотов. Благодаря уменьшению угла поворота сокращается цикл экскавации и оолее правильно располагаются автомобили относительно экскаватора.

«Охрана труда при взрывных работах. При проведении взрывных работ следует соблюдать «Единые правила безопасности при взрывных работах» (ЕПБ), утвержденные Госгортехнадзором СССР и обязательные для всех предприятий и ведомств, ведущих взрывные работы. Контроль за соблюдением ведут Госгортехнадзор СССР, госгортехнадзоры и горнотехнические инспекции республик.

К работам, связанным с подготовкой и проведением взрыва, допускаются лица, прошедшие обучение и имеющие документ на производство работ — единую книжку взрывника. Периодически производится стажировка взрывников с отметкой в единой книжке взрывника.

Предварительно устанавливают границы опасной зоны, которые по местности обозначают условными знаками. Минимальные безопасные расстояния для зарядов рыхления на открытой местности по поражающему действию кусков и обломков породы должны быть не менее 200—300 м. На границах опасной зоны выставляют посты охраны; каждый из них должен быть в поле зрения смежных постов. При взрывных работах нужно обязательно применять сигналы — звуковые или световые. Жители населенных пунктов должны быть заблаговременно оповещены местными Советами депутатов трудящихся о времени предстоящих работ, границах опасной зоны, о принятых сигналах и их значениях. Для оповещения используют местную радиотрансляционную сеть. Взрывные работы запрещено проводить во время грозы, при неисправности сигналов, отсутствии укрытий, при наличии людей в опасной зоне и отсутствии охраны на границах опасной зоны. Все отказы при взрывных работах и время их ликвидации заносят в журнал ликвидации отказов.

Склады ВМ располагают на огражденной территории с надлежащей охраной. Базисные склады ВМ предназначены для снабжения расходных складов. На базисных складах запрещается распаковка ВМ и раздача взрывникам. Для раздачи ВМ взрывникам служат расходные склады.