Скважинные и шпуровые заряды с кумулятивным эффектом при добыче руд

 
 
 
 
 
 
 
 
 
СКВАЖИННЫЕ И ШПУРОВЫЕ ЗАРЯДЫ  
С КУМУЛЯТИВНЫМ ЭФФЕКТОМ ПРИ ДОБЫЧЕ РУД 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 

УДК 622.235:622.271.32 
ББК 33.133 
С42 
 
 
Авторы: 
Катанов И. Б., Умаров Ф. Я., Нутфуллоев Г. С., Кобилов Ш. Б. 
 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор Герике Б. Л.  
(ФИЦ Угля и Углехимии СО РАН, главный научный сотрудник); 
заместитель директора по научной работе и инновациям Насиров У. Ф.  
(филиал Национального исследовательского технологического университета 
«МИСИС» в г. Алмалык Республики Узбекистан) 
 
 
 
 
 
 
 
С42  
  
Скважинные и шпуровые заряды с кумулятивным эффектом при 
добыче руд : монография / [Катанов И. Б. и др.]. – Москва ; Вологда :  
Инфра-Инженерия, 2024. – 140 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1779-2 
  
 
 
  
Проведен анализ горно-геологических и физико-механических свойств горных 
пород, способов разрушения массива горных пород, теоретических исследований действия скважинных и шпуровых зарядов ВВ с кумулятивным эффектом в массиве разнопрочных горных пород. Приведена методика инженерного расчета эффективных параметров буровзрывных работ при использовании зарядов с кумулятивным эффектом. 
Рассмотрены вопросы технологии заряжания шпуров и скважин зарядами ВВ с кумулятивными вставками, используемыми в процессе дробления горных пород при добыче 
руд открытым и подземным способами. Описаны результаты взрывов при разрушении 
горных пород шпуровыми и скважинными зарядами с кумулятивным эффектом. 
Для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием и проведением массовых взрывов на карьерах и рудниках.  
 
УДК 622.235:622.271.32 
ББК 33.133 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1779-2 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
.......................................................................................................... 3 
БАЗОВЫЕ ТЕРМИНЫ ............................................................................................... 7 
1. УСЛОВИЯ ВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ 
....................................................... 9 
1.1. Горно-геологическое строение месторождений ............................................... 9 
1.2. Гидро-геологические условия 
........................................................................... 12 
1.3. Горнотехнические условия разработки ........................................................... 12 
1.4. Методы прогноза горнотехнических условий разработки ............................ 13 
2. ОЦЕНКА СПОСОБОВ РАЗРУШЕНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ  
ПОРОД 
........................................................................................................................ 22 
2.1. Анализ исследований по управлению энергией взрыва на массив  
горных пород ............................................................................................................. 22 
2.2. Применение технологии контурного взрывания при сооружении  
горных выработок ..................................................................................................... 26 
2.3. Анализ способов ведения буровзрывных работ при  
проходке подземных горных выработок в Республике Узбекистан 
.................... 34 
2.4. Анализ теории и практики ведения буровзрывных работ  
при проходке подземных горных выработок ......................................................... 53 
2.5. Методы управления взрывным разрушением массива горных  
пород скважинными зарядами ................................................................................. 59 
3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДЕЙСТВИЯ  
КУМУЛЯТИВНОГО ЭФФЕКТА ЗАРЯДА В МАССИВЕ  
ГОРНЫХ ПОРОД 
...................................................................................................... 64 
3.1. Теоретическая постановка задачи кумулятивной струи ................................ 64 
3.2. Численная методика расчета параметров кумулятивной 
струи ........................................................................................................................... 68 
3.3. Теория кумуляции зарядов ВВ в массиве горных пород ............................... 79 
3.4. Глубина разрушения массива горных пород зарядом ВВ  
с кумулятивным эффектом 
....................................................................................... 87 
3.5. Параметры кумулятивных зарядов ВВ для дробления крепких  
пропластков 
................................................................................................................ 92 
4. КОНСТРУКЦИЯ ЗАРЯДА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ  
С КУМУЛЯТИВНЫМ ЭФФЕКТОМ .................................................................... 101 
4.1. Выбор материала и формы конусной вставки 
............................................... 101 
4.2. Параметры конструкции скважинного и шпурового заряда ВВ  
с кумулятивным эффектом 
..................................................................................... 102 
5. ТЕХНОЛОГИЯ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ СКВАЖИННЫМИ  
ЗАРЯДАМИ С КУМУЛЯТИВНЫМ ЭФФЕКТОМ ............................................. 113 
5.1. Методика расчета параметров разрушения массива горных пород  
скважинным зарядом ВВ с кумулятивным эффектом 
......................................... 113 
5.2. Промышленная проверка технологии взрывных работ  
скважинными зарядами с кумулятивным эффектом ........................................... 117 
 
3 

5.3. Испытания конструкции шпурового зарядов ВВ с кумулятивным  
эффектом в подземных условиях 
........................................................................... 127 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................... 132 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ............................................... 134 
 
 
 
 
 
4 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
В настоящее время в мировой практике совершенствования горных работ 
ведутся научные исследования по повышению эффективности буровзрывного 
комплекса горнодобывающих предприятий, внедрению современных конструкций скважинных и шпуровых зарядов взрывчатых веществ (ВВ), обеспечивающих повышение коэффициента использования шпуров (КИШ) и других параметров проходки горных выработок, а также проектированию параметров БВР 
в горных породах, учитывающих изменение глубины разработки месторождений их физико-механических и горно-технологических свойств. 
Анализ научно-технической литературы позволяет утверждать, что одним 
из наиболее эффективных методов повышения качества подготовки горной 
массы к выемке является проработка подошвы уступа на открытых работах и 
снижение величины стаканов при взрывании шпуровых зарядов в подземных 
условиях. 
Повышение эффективности горных работ неразрывно связано с совершенствованием взрывных технологий. От качества подготовки горной массы для 
дальнейшего передела и получения конечного продукта зависит обеспечение 
повышения темпов и эффективности развития экономики горнодобывающих 
предприятий. 
Анализ методов и средств совершенствования взрывных технологий показал, что основное направление неразрывно связано с использованием современной теории физики разрушения, направленной на интенсификацию детонационных процессов. Одним из таких направлений является использование кумулятивного эффекта зарядов взрывчатых веществ. 
Выяснилось, что применяемые в настоящее время конструкции скважинных и шпуровых зарядов не в полной мере соответствуют требованиям, которые позволили бы повысить эффективность взрывных работ в горнодобывающей промышленности. Поэтому изыскание технологии ведения взрывных работ 
с использование кумулятивного эффекта зарядов ВВ на открытых и подземных 
горных работах представляется актуальной задачей, обладающей определенной 
новизной.  
Обзор и анализ исследований, а также практики применения зарядов ВВ 
направленного действия с кумулятивным эффектом на открытых и подземных 
горных работах» предусматривал: 
– исследование горно-геологических и физико-механических свойств горных пород; 
 – анализ способов разрушения массива горных пород зарядами с кумулятивным эффектом; 
– анализ теории и практики ведения буровзрывных работ при проходке 
подземных горных выработок; 
– теоретические исследования действия укороченных скважинных зарядов 
ВВ с кумулятивным эффектом в массиве разнопрочных горных пород; 
 
5 

– разработку методики инженерного расчета эффективных параметров ведения буровзрывных работ; 
– разработку способов взрывного разрушения массива горных пород  
и определение эффективных параметров буровзрывных работ; 
– разработку способа ведения буровзрывных работ, позволяющего обеспечить необходимое качество взорванной массы, уменьшить величину перебура 
скважин и улучшить проработку подошвы уступа; 
– разработку способа взрывного разрушения массива разнопрочных горных пород в промышленных условиях; 
– обосновать зависимость высоты, угла, материала конуса и фокусного 
расстояния от типа взрывчатых веществ и диаметра скважины; 
– привести результаты действия взрыва зарядов ВВ с кумулятивным эффектом в процессе дробления горных пород при добыче руд. 
 Экспериментальные исследования действия взрыва зарядов взрывчатых 
веществ с кумулятивным эффектом на открытых и подземных горных работах» 
предусматривали: 
– расчет параметров конструкции зарядов ВВ с кумулятивным эффектом; 
– моделирование действия взрыва зарядов взрывчатых веществ с кумулятивным эффектом в массиве горных пород; 
– экспериментальные взрывы зарядов ВВ с кумулятивным эффектом; 
– обработку и анализ материалов полупромышленных испытаний; 
– определение экономической эффективности технологии разрушения 
массива горных пород на открытых и подземных горных работах зарядами ВВ с 
кумулятивным эффектом. 
На основе анализа существующих технических решений выбран прототип 
заряда ВВ с кумулятивным эффектом. Теоретически обоснованы и выбрана 
конструкция конуса с наиболее оптимальными параметрами, которые испытаны на предмет соответствия требованиям безопасности при взрывных работах. 
Проведены полупромышленные испытания действия заряда ВВ с кумулятивным эффектом для дробления пород при добыче руды.  
В результате установлена эффективность использования технологии ведения взрывных работ зарядами с кумулятивным эффектом, которые с технической точки зрения оцениваются качеством проработки подошвы уступа, величиной коэффициента использования шпура (КИШ) и качеством дробления 
твердых пропластков, что в конечном итоге позволяет уменьшить расходы на 
буровзрывные работы.  
 
 
 
6 

БАЗОВЫЕ ТЕРМИНЫ 
 
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 совмещению бурового става с осью 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. 
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. 
Взрывчатые материалы – общее наименование предназначенных к применению в промышленных целях ВВ, средств инициирования и прострелочновзрывной аппаратуры. 
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.  
Горная выработка – искусственная полость, сделанная в недрах земли 
или на поверхности. Подземные горные выработки, независимо от наличия 
непосредственного выхода на поверхность, имеют замкнутый контур поперечного сечения. Выработки, расположенные на поверхности земли имеют незамкнутый контур поперечного сечения (канава, траншея). В зависимости от 
назначения, различают горные выработки разведочные и эксплуатационные. 
Детонатор – средство для возбуждения первоначального импульса детонации (капсюль-детонатор, электродетонатор, электронный детонатор). 
Детонирующий шнур (ДШ) – шнур с сердцевиной из мощного чувствительного ВВ, предназначенный для инициирования зарядов ВВ. 
Заряд ВВ – определенное количество ВВ, подготовленное к взрыву, с подсоединенным к нему средством инициирования (детонатора или промежуточного детонатора). 
7 

Забойка – заполнение свободной от ВВ части скважины (шпура) со стороны устья инертным материалом. 
Коэффициент использования шпура (КИШ) – отношение подвигания забоя за взрыв к средней глубине шпуров в комплекте. Обычно величину этого коэффициента принимают равной 0,85 для руд средней и выше средней крепости и 0,9 для руд ниже средней крепости. Величина КИШ зависит от числа шпуров в комплекте и схемы их расположения, которые, в свою очередь, зависят от физико-механических свойств горных пород и площади сечения выработки. 
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, НСИ). 
Полезное ископаемое – минеральные и органические образования земной 
коры, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно использовать их в сфере материального производства (например, в качестве 
сырья или топлива). 
Скважина – это искусственное углубление в горной породе диаметром 
более 75 мм при любой глубине, пробуренное, как правило, буровым станком.  
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.). 
Шпур – это искусственное углубление в горной породе диаметром менее 
75 мм при глубине до 5 м, пробуренное, как правило, бурильным молотком или 
перфоратором. 
Ударно-волновая трубка (УВТ) – трубка, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем инициирующего состава, передающего ударную 
волну. 
Удельный расход ВВ – количество ВВ, приходящееся на 1 м3 взрываемого 
объема породы. 
Электродетонатор (ЭД) – небольшой заряд чувствительных инициирующих ВВ, размещенный в металлической гильзе и инициируемый электрическим током. 
 
 
 
8 

1. УСЛОВИЯ ВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ 
 
1.1. Горно-геологическое строение месторождений 
 
Рудные месторождения Республики Узбекистан в геологическом отношении весьма разнообразны и, в основном, имеют сложное строение. 
Физико-механические свойства горных пород изучены по результатам лабораторных исследований, выполненных Центральной лабораторией ПО «Узбекгидрогеология» 
из 
образцов, 
отобранных 
из 
шахтных 
горизонтов  
и керна скважин. Определялись такие показатели как удельной вес и объемная 
масса, пористость, водопоглощение, крепость пород, прочность на сжатие. 
Лабораторные исследования проводились на всех основных литологических разностях пород: сиенито-диоритовый порфирит, сланце метаморфическом, граните порфировидном, дацит-порфире и интенсивно окварцованных 
(кварц).  
Анализ многочисленных определений физико-механических свойств 
скальных пород показывает, что у всех литологических разностей с глубиной 
заметных изменений не наблюдается. Также, между разновидностями пород, 
существенных отличий не наблюдается.  
Породы всех литологических разностей в образце достаточно прочные  
и характеризуются высокими значениями сопротивления к одноосному сжатию.  
Наиболее прочными породами являются гранит орфировидный, сиенитодиоритовый порфирит, сопротивление сжатию которых достигает до 370 МПа. 
Более низкими показателями характеризуются сланец метаморфический  
и кварц (интенсивное окварцевание), сопротивление которых, соответственно 
имеет до 197 и 129 МПа (верхний предел). 
Прочностные показатели всех литологических разностей пород изменяются в зависимости от интенсивности и степени окварцевания. Сопротивление 
одноосному сжатию перечисленных пород в слаботрещиноватых участках изменяется от 70 до 370 МПа, а в интенсивно трещиноватых участках варьируется в пределах 13–50 МПа.  
Анализ прочностных показателей пород показывает, упрочнение за счет 
окварцевания, в основном, отмечается в слаботрещиноватых (массивных) породах. Что касается умеренно и интенсивно-трещиноватых, то в них заметных изменений не отмечается. Следовательно, наиболее неустойчивыми (по прочности пород) можно считать умеренно и интенсивно-трещиноватые породы всех 
литологических разностей, не зависимо от изменчивости. Сопоставление прочностных показателей горных пород, верхних горизонтов с нижними, показывает, что до глубины 300 м от поверхности земли заметных изменений не отмечалось, а на глубине более 400 м отмечались небольшие увеличения. 
Породы, слагающие месторождения представлены осадочно-эффузивной 
толщей, залегающей на известняках верхнего девона – нижнего карбона. Эти 
породы прорваны дайками андезитового и андезитодацитового состава. Золо9 

торудная минерализация локализируется в пределах зон метасоматического 
окварцевания, серицитизации и карбонизации. В пределах первой рудоносной 
зоны разведано три рудных тела. По составу, текстурным и структурным особенностям рудные тела идентичны.  
В геологическом строении месторождения «Ёшлик-I» принимают участие 
осадочные, изверженные (магматические) и метаморфические горные породы. 
Месторождение «Ёшлик-I» является золото-медно-порфировым месторождением. Порода представлена сильно трещеноватыми кварцевыми порфирами серовато-розового цвета. Материал заполнения трещин окварцованный перетертый 
материал самой породы. Распределение твердых включений в массиве обусловлено наличием кварцевых прожилков по всей высоте уступа. Мощность прожилков до 0,5 м. Кроме того в блоке присутствуют кварцевые жилы, мощностью до 0,2 м. Угол падения в данном массиве определить визуально сложно. 
Но если отталкиваться от наличия имеющихся кварцевых жил в интервале массива, которые имеют четко выраженные направления – азимут падения 4°  
и угол падения 49°, то можно предположить, что азимут простирания породы 
равен азимуту простирания кварцевых жил равен перпендикулярному направлению азимута падения и составляет 184°. 
Горные породы осадочного происхождения представлены песчаниками и 
серыми серетинированными известняками; изверженными – кварцевыми порфирами, гранодиорит – порфирами, сиенит – диоритами; метаморфическими – 
в основном вторичными кварцитами. 
Рудные месторождения – прожилково-вкрапленные и приурочены к экзоконтактной зоне штоков гранодиорит – порфиров, прорывающей породы сиенитовой группы. 
Структурно горные породы и руда имеют интенсивную сеть трещин, разбивающих массив на мелкие и крупные блоки. Основная масса дорудного возраста и заполнена выделочными минералами. 
Коэффициент крепости горных пород по шкале проф. М. М. Протодьяконова колеблется от 10 до 14 ед. Плотность сульфидных руд составляект от 2,6 
до 2,8 т/м3, а вскрышных пород от 2,4 до 2,6 т/м3.  
По степени трещиноватости горные породы месторождения «Ёшлик-I» 
разделены на три категории по взрываемости: 
I категория – легко взрываемые породы. К ним относятся сильно трещиноватые сиениты, гранодиорит – порфиры, неизмененные вторичными процессами. Сиениты, сиенит – диориты, гранодиорит – порфиры, измененные вторичными процессами. Коэффициент крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова составляет 6–8 ед. 
II категория – породы средней взрываемости. Это мелко и среднетрещиноватые с сульфидным оруднением. К ним относятся вторичные кварциты, гранодиорит – порфиров измененные сиениты, сиенит – диориты, окварцованные вторичные кварциты по сиенитам и сиенит – диоритам с сульфидным 
оруденением. Коэффициент крепости этой категории пород по шкале  
проф. М. М. Протодьяконова составляет 8–12 ед. 
10