Управление безопасностью при буровзрывных работах в карьерах


И. Б. Катанов

УПРАВЛЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПРИ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ В КАРЬЕРАХ

Учебное пособие








Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

УДК 622.235:622.271.32
ББК 33.133:33.22
     К29

            Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВО «Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева»



Рецензенты:
кафедра открытых горных работ института геологии и геотехнологии Сибирского федерального университета (заведующий кафедрой доктор технических наук, профессор А. И. Косолапов);
кафедра открытых горных работ и электромеханики ФГБОУ ВО «Сибирский государственный индустриальный университет» (заведующий кафедрой кандидат технических наук, доцент В. В. Чаплыгин);
доктор технических наук, член ученого совета АО «НЦ ВостНИИ» П. И. Кушнеров





     Катанов, И. Б.
К29      Управление безопасностью при буровзрывных работах в карьерах :
     учебное пособие / И. Б. Катанов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 164 с. : ил., табл.
         ISBN 978-5-9729-0763-2

     Освещены вопросы управления промышленной безопасностью при выполнении технологических операций по взрывной подготовке горной массы к выемке на открытых горных работах. Рассмотрено буровое оборудование отечественного и иностранного производства, описана технология изготовления и даны характеристики взрывчатых веществ. Предложена методика безопасного производства взрывных работ, исследованы причины отказов.
     Для студентов, изучающих горное дело, прикладную геологию и разведку месторождений твердых полезных ископаемых. Может быть полезно специалистам в области горных и геологоразведочных работ.

УДК 622.235:622.271.32
ББК 33.133:33.22




ISBN 978-5-9729-0763-2

     © Катанов И. Б., 2021
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

    ОГЛАВЛЕНИЕ


ПРЕДИСЛОВИЕ................................................6

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ......................................9
  1.1. Основные требования к персоналу для руководства и ведения взрывных работ...............................10
  1.2. Общие правила ведения взрывных работ...............11
2. БУРОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ...................................13
  2.1. Вращательное бурение с режущим инструментом........13
  2.2. Станки шарошечного бурения.........................15
  2.3. Станки ударно-вращательного бурения................17
  2.4. «Иностранцы».......................................18
  2.5. Требования безопасности при бурении скважин........19
Контрольные вопросы.......................................21
3. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА.......................22
  3.1. Краткая история создания взрывчатых веществ........22
  3.2. Классификации взрывчатых веществ...................23
  3.3. Основные компоненты промышленных ВВ................28
  3.4. Добавки к аммиачно-селитренным ВВ..................30
Контрольные вопросы.......................................31
4. ТЕХНОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ........................................32
  4.1. Гранулированные взрывчатые вещества................32
  4.2. Водосодержащие взрывчатые вещества.................40
  4.3. Требования к обустройству стационарных пунктов приготовления ВВ.......................................50
Контрольные вопросы.......................................51
5. УПРАВЛЕНИЕ УСЛОВИЯМИ ВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ.............52
  5.1. Факторы, определяющие качество подготовки пород при взрывной технологии................................52
  5.2. Горнотехнические и гидрогеологические условия ведения взрывных работ.........................................57
Контрольные вопросы.......................................64
6. ТЕХНОЛОГИЯ ЗАРЯЖАНИЯ ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН..................65
  6.1. Конструкции скважинных зарядов.....................65
  6.2. Управление процессом заряжания взрывных скважин....68
    6.2.1. Взрывные работы в сухих скважинах..............68
    6.2.2. Взрывные работы в обводненных скважинах........70

3

  6.3. Управление качеством взрывных работ в карьерах короткозамедленным взрыванием...............................77
Контрольные вопросы...........................................82
7. СИСТЕМЫ ИНИЦИИРОВАНИЯ ЗАРЯДОВ ВВ...........................83
  7.1. Технология и безопасность огневого и электроогневого инициирования зарядов....................83
     7.1.1. Подготовка средств инициирования ВВ...............83
     7.1.2. Патрон-боевик.....................................85
  7.2. Технология и безопасность инициирования зарядов при помощи детонирующего шнура.............................89
  7.3. Технология и безопасность инициирования зарядов неэлектрическими системами инициирования с низкоэнергетическими проводниками импульсов..................................................94
  7.4. Электродетонаторы для инициирования зарядов ВВ........101
  7.5. Технология инициирования зарядов с использованием электронных детонаторов...............................................108
  7.6. Производство взрывов в карьерах по радиосигналу.......113
Контрольные вопросы..........................................115
8. БЕЗОПАСНОСТЬ ВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ.......................116
  8.1. Безопасное расстояние по разлету отдельных кусков породы при взрывании скважинных зарядов рыхления.................116
  8.2. Безопасное расстояние для зданий и сооружений по сейсмическому действию взрыва..........................118
  8.3. Безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны на здания и сооружения....................................122
  8.4. Безопасное расстояние по действию УВВ на человека.....124
  8.5. Безопасное расстояние по действию ядовитых газов......125
Контрольные вопросы..........................................130
9. ТИПОВОЙ ПРОЕКТ ВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ.....................132
  9.1. Краткая горно-геологическая характеристика условий ведения БВР.......................................132
  9.2. Сопротивляемость вскрышных пород и полезного ископаемого взрывному разрушению......................................132
  9.3. Технологическая характеристика условий ведения БВР....132
  9.4. Методы и порядок ведения ВР...........................133
  9.5. Сведения об охраняемых объектах.......................133
  9.6. Расчет параметров БВР.................................133
  9.7. Определение параметров опасных зон....................134
  9.8. Организация БВР.......................................134
  9.9. Приложения к проекту..................................134
  9.10. Проект массового взрыва..............................135
  9.11. Подготовка массового взрыва..........................136

4

  9.12. Организация проведения массового взрыва............138
Контрольные вопросы........................................139
10. ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВЗРЫВОВ.......................140
  10.1. Некачественная подготовка горной массы.............140
  10.2. Отказы скважинных зарядов..........................142
  10.3. Причины отказов при массовых взрывах и их признаки.143
  10.4. Ликвидация отказов.................................143
Контрольные вопросы........................................144
11. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ВМ....................................145
  11.1. Разновидность методов испытания ВВ.................145
  11.2. Определение скорости детонации.....................145
  11.3. Испытание ВВ на полноту детонации..................147
  11.4. Испытание ВВ на передачу детонации.................147
  11.5. Определение работоспособности ВВ...................148
  11.6. Определение бризантности ВВ........................150
  11.7. Определение объема и состава газов при взрыве......151
  11.8. Определение теплоты взрыва.........................151
  11.9. Определение чувствительности ВВ....................153
  11.10. Методы уничтожения ВМ.............................154
Контрольные вопросы........................................154

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................155

ПРИЛОЖЕНИЕ. Пример расчета основных параметров короткозамедленного взрывания..............................156

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ............................159


5

    ПРЕДИСЛОВИЕ


     Управление промышленной безопасностью это процесс осуществления взаимосвязанных организационных и технических мероприятий с целью предупреждения аварийных ситуаций на опасных производственных объектах. С 1 января 2014 года в соответствии с п. 3 статьи 11 Федерального закона № 116-ФЗ от 21.07.1997 г. «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» организации, эксплуатирующие опасные производственные объекты (ОПО) I или II класса опасности, обязаны создать систему управления промышленной безопасностью (СУПБ) и обеспечивать ее функционирование.
     Открытые горные работы по добыче полезных ископаемых с применением взрывчатых веществ относятся ко II классу опасности. СУПБ предприятий, в т. ч. по добыче полезных ископаемых открытым способом, включает в себя:
     • определение задач и целей организаций, эксплуатирующих опасные производственные объекты;
     • прогнозирование и анализ риска аварий на опасных производственных объектах;
     • планирование и полную реализацию мер по снижению риска аварий на опасных производственных объектах;
     • координацию работ по предупреждению аварий и инцидентов на ОПО;
     • осуществление производственного контроля за четким соблюдением требований промышленной безопасности;
     • безопасность применения технических устройств на ОПО;
     • участие работников организаций, эксплуатирующих ОПО, в разработке и реализации мер по снижению всевозможного риска аварий на опасных производственных объектах;
     • информационное обеспечение деятельности в области промышленной безопасности;
     • материальное и финансовое обеспечение мероприятий, которые осуществляются в рамках системы управления промышленной безопасностью.

6

     Обеспечение безопасного функционирования всех технологических процессов, связанных с проведением буровзрывных работ, основывается на взаимосвязях производственных служб горного предприятия и выполнении требований нормативных документов.
     Основными нормативно-правовым документами, регламентирующими безопасное ведение взрывных работ, являются федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности.
     Правила [11] являются обязательными для выполнения организациями, осуществляющими деятельность, связанную с обращением взрывчатых материалов промышленного назначения.
     Организации, ведущие взрывные работы (работы с взрывчатыми материалами), должны иметь обученный персонал - исполнителей и руководителей взрывных работ, имеющих Единые книжки взрывника (ЕКВ). Такие организации должны получать разрешение на ведение работ с взрывчатыми материалами промышленного назначения.
     Взрывчатые материалы, применяемые при взрывных работах, должны иметь разрешение на их применение, выданное федеральным органом исполнительной власти в области промышленной безопасности. Все промышленные взрывчатые материалы (взрывчатые вещества, средства инициирования и прострелочно-взрывная аппаратура) относятся к 1 классу опасности и разделяются на группы совместимости при хранении и транспортировании, подклассы по чувствительности и классифицируются по условиям применения.
     Документами [11, 17] установлены общие требования к испытаниям и уничтожению взрывчатых материалов, а также требования к персоналу для взрывных работ, требования безопасности при применении средств инициирования, общие требования безопасности при ведении взрывных работ, требования безопасности по устройству и эксплуатации складов взрывчатых материалов и пр.
     Технологический процесс подготовки горных пород к выемке с использованием промышленных ВВ является наиболее опасным в горном производстве. С ним связано наибольшее количество несчастных случаев и человеческих жертв (таблица).
     Поэтому системой управления промышленной безопасностью при проведении буровзрывных работ предусмотрено наличие специальных инструкций, наставлений и правил, без знания и соблюдения которых нельзя не только вести взрывные работы, но даже иметь

7

какое-либо соприкосновение с взрывчатыми веществами и средствами для их инициирования.
     В соответствии с Правилами [11] к руководству взрывными работами допускаются лица, имеющие техническое образование, окончившие специальные учебные заведения или курсы, дающие право технического руководства горными и взрывными работами.


Анализ травматизма при взрывных работах

            Причины                   Количество, %         
                                 легкие тяжелые смертельные
1. Поражение осколками породы                              
из-за несоблюдения безопасных                              
расстояний                         34   34          41     
2. Неправильное расположение                               
и неисправность укрытий                                    
для взрывников                   8      4            6     
3. Неправильное обращение                                  
с детонаторами                     12   17           1     
4. Преждевременные взрывы                                  
зарядов                            5    8           12     
5. Задержка взрывников у зарядов                           
при поджигании зажигательных       10   3           12     
трубок                                                     
6. Преждевременный подход                                  
к месту взрыва                   8      9           12     
7. Нарушение правил ликвидации                             
отказавших зарядов               8      12          16     
8. Прочие                          15   13          ---    
                           Итого  100     100       100    

     К производству взрывных работ допускаются лица, сдавшие экзамены квалификационной комиссии и получившие ЕКВ. После чего к самостоятельной работе они допускаются только после прохождения месячной стажировки под руководством опытного взрывника.
     При нарушении правил безопасности взрывник отстраняется от производства взрывных работ до проверки знаний.
     Общее руководство взрывными работами на предприятии возлагается на технического руководителя или на лицо, специально установленное приказом.


8

    1.  ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

    Буровзрывные работы - это совокупность технологических операций по взрывной подготовке горной массы к выемке, включающих бурение скважин, заряжание их взрывчатым веществом, проведение монтажа взрывной сети, взрывание и оценку результатов взрыва.
    Буровые работы - это совокупность технологических операций по установке бурового станка на ось скважины, бурению, подъему бурового става, перемещению станка на точку бурения следующей скважины.
    Буровой станок - это машина для бурения взрывных и горнотехнических скважин различного назначения, а также шпуров при открытой и подземной разработках полезных ископаемых.
    Скважина - это искусственное углубление в горной породе диаметром более 75 мм при любой глубине, пробуренное, как правило, буровым станком.
    Шпур - это искусственное углубление в горной породе диаметром менее 75 мм при глубине до 5 м, пробуренное, как правило, бурильным молотком или перфоратором.
    Взрывные работы (ВР) - это совокупность технологических операций по подготовке и производству взрыва, в том числе составление проекта взрыва, доставка ВМ на блок, подготовка боевиков и заряжание скважин ВВ с установкой в них боевиков, монтаж сети, расстановка постов, взрыв и осмотр результатов взрыва.
    Взрывчатое вещество (ВВ) - конденсированное химическое вещество или смесь таких веществ, способное при определенных условиях под влиянием внешних воздействий (трение, нагревание, удар) к быстрому самораспространяющемуся химическому превращению (взрыву) с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов.
    Взрыв ВВ - чрезвычайно быстрое химическое превращение, при котором выделяются тепло и большое количество сжатых газов, способных производить механическую работу разрушения и перемещения среды (воздуха, воды, породы и др.). Для разрушения породы ВВ необходимо эффективно расположить в виде заряда.

9

    Заряд ВВ - определенное количество ВВ, подготовленное к взрыву, с подсоединенным к нему средством инициирования (детонатора или промежуточного детонатора).
    Средства инициирования (СИ) - небольшие заряды высокочувствительных ВВ, размещенные в гильзах или оболочках с вмонтированным в них или подсоединенным к ним средством возбуждения их детонации от начального импульса (укол, нагрев, луч огня, детонационная волна, трение и т. п.).
    Огнепроводный шнур (ОШ) - спрессованная из дымного пороха с пластифицирующими добавками сердцевина, завернутая в нитяные оплетки с гидроизоляционной прослойкой.
    Детонатор - средство для возбуждения первоначального импульса детонации (капсюль-детонатор, электродетонатор, электронный детонатор).
    Капсюль-детонатор (КД) - небольшой заряд чувствительных инициирующих ВВ, размещенный в гильзе и инициируемый от огнепроводного шнура.
    Электродетонатор (ЭД) - небольшой заряд чувствительных инициирующих ВВ, размещенный в металлической гильзе, инициируемый электрическим током.
    Электронный детонатор (ЭДЭЗ) - электродетонатор с микросхемой для управления временем замедления.
    Промежуточный детонатор (ПД) - небольшой заряд или шашка из высокочувствительного ВВ, предназначенный для возбуждения детонации основного заряда из менее чувствительного ВВ.
    Патрон-боевик - тротиловая или гексогеновая шашка, патрон аммонита 6ЖВ, сибирита, эмульсолита и т. п. с подсоединенным средством его инициирования (детонатор, ДШ).
    Ударно-волновая трубка (УВТ) - трубка, на внутренней поверхности которой напылен тонкий слой инициирующего состава, передающего ударную волну, инициирующую детонаторы взрывной сети.

    1.1. Основные требования к персоналу для руководства и ведения взрывных работ

    Техническое руководство взрывными работами, подразумевающее управление технологическими процессами, связанными с обращением с взрывчатыми материалами на производственных объектах, 10

разработкой, согласованием и утверждением технических документов, регламентирующих порядок выполнения взрывных работ, возлагается на работников, имеющих горнотехническое образование, сдавших экзамены квалификационной комиссии и получивших ЕКВ. Право технического руководства взрывными работами получают лица, окончившие высшие и средние специальные учебные заведения с присвоением квалификации горного инженера.
     Лица, имеющие право руководства взрывными работами, допускаются к самостоятельной работе взрывниками без обучения, после сдачи экзамена и стажировки в течение месяца.
     Взрывник может выполнять только те виды взрывных работ, которые указаны в ЕКВ. При переходе на работу в другую организацию взрывник сохраняет право на производство того вида взрывных работ, который указан в ЕКВ, например, взрывные работы на открытых горных разработках или взрывные работы при проведении горноразведочных выработок и т. д.
     При проведении взрывных работ ЕКВ должны находиться непосредственно у взрывников.
     В помощь взрывнику разрешается назначать помощников, которые должны быть проинструктированы под роспись и под непосредственным руководством и контролем взрывника могут выполнять работы по подготовке взрыва, но не связанные с обращением со средствами инициирования и патронами-боевиками.
     Заведующими складами взрывчатых материалов (ВМ) и механизированными пунктами подготовки ВВ должны назначаться лица, имеющие право руководства взрывными работами или взрывники и раздатчики ВМ, прошедшие обучение по программе подготовки заведующих складами ВМ, с соответствующей записью в ЕКВ.

     1.2. Общие правила ведения взрывных работ

     При производстве взрывных работ (работ с взрывчатыми материалами) необходимо проводить мероприятия по обеспечению безопасности персонала взрывных работ, предупреждению отравлений людей пылью взрывчатых веществ и ядовитыми продуктами взрывов, а также осуществлять комплекс мер, исключающий возможность взрыва пыли взрывчатых веществ и взрываемой массы. Эти меры должны утверждаться руководителем организации (шахты, рудника, карьера и т. п.).


11

    Взрывные работы должны выполняться взрывниками под руководством лица технического надзора по письменным нарядам с ознакомлением под роспись и соответствующим наряд-путевкам и проводиться только в местах, отвечающих требованиям правил и инструкций по безопасности работ.
    При одновременной работе нескольких взрывников в пределах общей опасной зоны одного из них необходимо назначить старшим. Свои распоряжения он должен подавать голосом или заранее обусловленными и известными взрывникам сигналами.
    Взрывник во время работы обязан быть в соответствующей спецодежде, иметь при себе часы, выданные организацией, необходимые приборы и принадлежности для взрывных работ. При взрывании несколькими взрывниками часы могут быть только у старшего взрывника.
    Взрывание зарядов взрывчатых веществ должно проводиться по оформленной в установленном порядке технической документации (проектам, паспортам и т. п.). С такими документами персонал, осуществляющий буровзрывные работы, должен быть ознакомлен под роспись.
    Проекты необходимо составлять для взрывания скважинных, камерных, котловых зарядов, в том числе при выполнении взрывных работ на строительных объектах, разрушении зданий и сооружений, простреливании скважин, ведении дноуглубительных и ледоходных работ, работ на болотах, подводных взрывных работ, при взрывании горящих массивов, выполнении сейсморазведочных работ, производстве иных специальных работ.
    Каждая организация, ведущая взрывные работы с применением массовых взрывов (на открытых работах это взрыв смонтированных в общую взрывную сеть двух и более скважинных, котловых или камерных зарядов, независимо от протяженности заряжаемой выработки, а также единичных зарядов в выработках протяженностью более 10 м; на подземных работах массовым считается взрыв, при осуществлении которого требуется время для проветривания и возобновления работ в шахте, чем это предусмотрено в расчете при повседневной организации работ), должна иметь типовой проект производства буровзрывных работ, являющийся базовым документом для разработки паспортов и проектов, в том числе и проектов массовых взрывов, выполняемых в конкретных условиях.

12

    2.  БУРОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

    В ближайшее десятилетие в России ожидаемые годовые объемы бурения на открытых горных, земляных и строительных работах превысят 60 млн. м скважин.
    Типоразмеры буровых станков определяются диаметром буримой скважины: 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400 мм. По отечественной классификации буровые станки разделяются по способу бурения.
    Первый тип - станки СБР, которые бурят путем вращения резцового инструмента, установленного на шнековой штанге.
    Второй тип - станки СБШ, которые бурят путем вращения шарошечных долот.
    Третий тип - станки СБУ, которые бурят ударно-вращательным способом с погружными пневмоударниками.
    Процесс бурения скважин состоит из разрушения породы буровым инструментом и выноса продуктов разрушения из скважины. Эффективность разрушения в значительной мере зависит от конструкции долота, а очистка скважины, в свою очередь, от работоспособности системы транспортирования буровой мелочи.


    2.1. Вращательное бурение с режущим инструментом

    Применяют при бурении пород крепостью f < 6 по шкале проф. М. М. Протодьяконова. На некоторых разрезах вскрышные породы с такой крепостью составляют до 60 % и выше.
    Номинальный диаметр буримых скважин 125 и 160 мм. Породы разрушаются под воздействием резцового бурового инструмента в виде стружки.
    Резцовые коронки бурового инструмента различаются числом перьев (лезвий), способом их крепления, формой режущей кромки и расположением резцов на коронке (рис. 2.1).
    Обычно коронки со сплошным исполнением режущей кромки применяют на породах крепостью f < 4 по шкале М. М. Протодьяконова. Резцовые коронки ступенчатой формы, оборудованные резцами, предназначены для бурения пород крепостью f = 4-6.


13