НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАВНОГО ВЗРЫВАНИЯ БЕЗ ДЕТОНИРУЮЩЕГО ШНУРА ПРИ ПРОХОДКЕ ГОРНЫХ ТОННЕЛЕЙ

NEW TECHNOLOGY OF SMOOTH EXPLOSION WITHOUT A DETONATING CORD DURING THE PENETRATION OF MOUNTAIN TUNNELS

Natalia Rybakova

undergraduate, Technosphere safety of mining and metallurgical industries, Siberian Federal University,

Russia, Krasnoyarsk

Alexandra Kutovaya

undergraduate, Technosphere safety of mining and metallurgical industries, Siberian Federal University,

Russia, Krasnoyarsk

Alexandr Stepanov

supervisor, Candidate of Technical Sciences. PhD, Associate Professor, Technosphere Safety of Mining and Metallurgical Industries, Siberian Federal University,

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

Предложен новый способ взрывания, который обеспечивает наибольшую безопасность при взрывании. В этом исследовании мы изучили новую технологию плавного взрывания без детонирующего шнура.

ABSTRACT

A new method of detonation is proposed, which provides the greatest safety during detonation. In this study, we studied a new technology of smooth detonation without detonating cord.

Ключевые слова: проходка скального тоннеля; плавный взрыв; симпатическая детонация; критическое расстояние; новая структура зарядки; детонирующий шнур.

Keywords: rock tunnel penetration; smooth explosion; sympathetic detonation; critical distance; new charging structure; detonating cord.

В современном строительстве тоннелей, технология плавного взрывания широко используется при проходке тоннелей с целью контроля профилей тоннелей, уменьшения объемов вскрышных и подпорных работ, а также уменьшения вибрационного повреждения окружающей породы, вызванного взрывными работами в периферийных скважинах [1]. Для достижения хорошего плавного взрывания широкое распространение получила технология воздушно-палубного заряда [2]. Кроме того, для строительства тоннелей постоянно оптимизируются параметры плавного взрывания. Для плавного подрыва взрывчатые вещества обычно использовались в виде разъединенных зарядов на воздушной палубе. Однако взрывчатые вещества могут самозатухать или отказываться взрываться в шпуре из-за канального эффекта, или из-за чрезмерно больших расстояний между взрывчатыми веществами. В проектах проходки туннелей с большим поперечным сечением количество и глубина периферийных отверстий велики, а цена за единицу детонирующего шнура высока по сравнению с другими взрывчатыми материалами, такими как взрывчатые вещества и детонаторы. Из-за этого расход детонирующего шнура составляет большую часть затрат на гладкие взрывные работы при строительстве туннелей. Кроме того, укладка детонирующего шнура отнимает много времени и увеличивает трудоемкость проекта [3].

Отмена детонирующего шнура имеет большое значение для ускорения строительства и снижения экономических потерь. Кроме того, проходка туннеля оказывает большое влияние на окружающую среду. Взрывная вибрация и снятие высокого напряжения в процессе земляных работ могут создать угрозу безопасности. Крайне важно преобразовать традиционную производственную стратегию в безопасную, чистую и эффективную производственную систему [4]. Метод размера детонации полноразмерного детонирующего шнура обычно используется во взрывных скважинах, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема традиционной структуры зарядки

где 1 – стемминг; 2 - мешок с водой; 3 - детонационная трубка; 4 - детонирующий шнур; 5 -  взрывчатое вещество; 6 - инициация детонатора.

В соответствии с характеристиками симпатической детонации на практике, если критическое расстояние между двумя взрывчатыми веществами достаточно велико, взрывчатые вещества в шпурах могут полностью взорваться без детонирующего шнура. Это позволяет произвести плавный взрыв без использования детонирующего шнура. При симпатической детонации, детонация взрывчатого вещества (донорный заряд) вызывает срабатывание другого соседнего взрывчатого вещества (акцепторный заряд).

Критическое расстояние - это максимальное расстояние между зарядами донора и акцептора, при котором может произойти симпатическая детонация [5]. В последние десятилетия исследователи провели значительные исследования симпатической детонации. Представили простой, но подробный метод расчета, который мог предсказать симпатическую детонацию цилиндрических взрывчатых веществ. Результаты расчетов хорошо согласовывались с экспериментальными результатами. Провели испытание разрыва емкости с водой, чтобы определить критическое расстояние для кумулятивного заряда при подводной симпатической детонации, и выполнили численную интерпретацию критического расстояния. Результаты показали, что существует линейная зависимость в логарифмическом масштабе между длиной критического зазора и диаметром взрывчатого вещества. Провели лабораторные эксперименты и исследования численного моделирования цилиндрических взрывчатых веществ GHL (гексоген/алюминий/связующее) с оболочкой для определения критических расстояний и анализа механизмов повреждения оболочки. Результаты показали, что внешние ограничения оказывают существенное влияние на критические расстояния эмульгированных взрывчатых веществ. Лучшие условия ограничения могут более существенно увеличить критическое расстояние. Провели опыты по симпатической детонации в шпурах и обнаружили, что давление в забойке шпуров уменьшилось, а давление на акцепторном заряде увеличилось. Они также указали, что симпатическая детонация вызывается дефлаграцией до детонации. Установил эмпирическую формулу для расстояния между взрывчатыми патронами в шпуре. Это заложило основу для расчета критического расстояния во взрывной скважине [6]. С помощью приведенного выше анализа можно обнаружить, что такие факторы, как диаметр взрывчатого вещества, интервалы и буферные материалы, количество взрывчатого вещества и условия ограничения, связаны с симпатическими реакциями.

Рассмотрев исследование, которое впервые удачно провели в тоннеле большого сечения в восточном Тянь-Шане, можно сделать вывод, что, сравнивая новую и традиционную зарядные конструкции, мы видим, что каждое периферийное отверстие в новой зарядной конструкции требует на 1,2 м взрывчатки больше, чем в традиционной конструкции. Однако в традиционной зарядной конструкции используются дополнительные 200 м детонирующего шнура. В идеальных условиях количество периферийных отверстий равно 41. В таблице 1 сравниваются экономические преимущества новых и традиционных загрузочных конструкций во время проходки в Китае и в РФ (объем зарядки взят один общий, как в Китае). При выемке грунта экономится примерно 200 м детонационного шнура. Новая структура заряда снижает стоимость взрывных работ на 53,9% в Китае и на 47,3% в РФ. На детонирующий шнур приходится определенная доля стоимости плавного взрывания.

Таблица 1

Сравнение экономических выгод

Таким образом, введение метода плавного взрывания позволит обеспечить снижение интенсивности труда, сократит время подготовки для взрывания, даст экономическую выгоду, а также увеличит эффективность производства. Данный метод может быть рекомендован на горнодобывающие регионы РФ.

Список литературы:

1. Hu, Y.G.; Lu, W.B.; Chen, M.; Yan, P.; Yang, J.H. Comparison of Blast-Induced Damage Between Presplit and Smooth Blasting of High Rock Slope. Rock Mech. Rock Eng. 2013, 47, 1307–1320. [CrossRef]
2. Zhou, Z.; Cheng, R.; Cai, X.; Jia, J.; Wang, W. Comparison of Presplit and Smooth Blasting Methods for Excavation of Rock Wells. Shock Vib. 2019, 2019, 1–12. [CrossRef]
3. Zare, S.; Bruland, A. Comparison of tunnel blast design models. Tunn. Undergr. Space Technol. 2006, 21, 533–541. [CrossRef]
4. Jhanwar, J.; Jethwa, J. The use of air decks in production blasting in an open pit coal mine. Geotech. Geol. Eng. 2000, 18, 269–287. [CrossRef]
5. Kabwe, E. Improving Collar Zone Fragmentation by Top Air-Deck Blasting Technique.Geotech. Geol. Eng. 2016, 35, 157–167. [CrossRef]
6. Park, D.; Jeon, S. Reduction of blast-induced vibration in the direction of tunneling using an air-deck at the bottom of a blasthole. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2010, 47, 752–761. [CrossRef]