ОПЫТ НАЦИОНАЛЬНОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА В РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЗРЫВОВ
УДК 622.235
В.Ю.Швец, - кандидат технических наук, старший научный сотрудник;
Д.Г.Гопанюк - кандидат технических наук, старший научный сотрудник;
А.П.Стрилец - директор Центра по проблемам взрывных работ НИЧ, НГУ.
Освещены основные этапы становления и развития Центра по проблемам взрывных работ научно-исследовательской части Национального горного университета с момента начала его деятельности и до наших дней
Несколько десятков лет при Днепропетровском горном институте, ныне Национальном горном университете (НГУ) успешно функционирует специализированное научно-исследовательское подразделение, занимающееся проблемами взрывных работ. Созданная совместным приказом бывшего Министерства промышленности строительных материалов и Министерства высшего и среднего специального образования Украины № 11/16 от 15.01.1969 г. «Отраслевая научно-исследовательская лаборатория по проблемам разработки скального строительного сырья Украины на основе оптимизации буровзрывных работ», первоначально имела следующие научные направления:
- разработка более совершенных схем и способов производства массовых взрывов, обеспечивающих интенсивное разрушение пород на основе раскрытия и использования физики взрывного разрушения;
- обоснование экономически целесообразной степени взрывного дробления пород, выбора типов горного оборудования и рационального сочетания их параметров для карьеров различной производительности;
- разработка методов снижения величины потерь сырья и улучшения его качества в процессах взрывного и механического разрушения горных пород.
Создание лаборатории явилось признанием несомненных заслуг научного коллектива сотрудников, возглавляемого профессором кафедры «Строительства шахт и подземных сооружений», д.т.н. Кучерявым Ф.И. в области развития взрывного дела на горнодобывающих предприятиях.
В первые годы своей деятельности (1969-1975 г.г.) отраслевая лаборатория выполнила большой объем научных исследований по совершенствованию и оптимизации буровзрывных работ на горных предприятиях. При этом были установлены зависимости результатов взрывного дробления горных пород от условий их залегания, гидрогеологии, физико-механических свойств, в частности их анизотропии, а также трещиноватости. Исследования производились на Каранском, Кальчикском (Донецквзрывпром), Токовском, Новопавловском (Харьковвзрывпром), Мокрянском каменном, КДЗ-2 (Запорожвзрывпром), Коростенском (Западукрвзрывпром) и Вировском (Карпатвзрывпром) карьерах.
На основании результатов исследований разработаны и внедрены на указанных карьерах оптимальные параметры расположения сетки скважин, рациональные схемы короткозамедленного взрывания, конструкции зарядов в породах различной трещиноватости, обоснован выбор оптимального направления отбойки относительно естественных систем трещин. Для наиболее крупных карьеров составлены прогнозные карты блочности с привязкой к ним рациональных параметров взрывных работ.
В 1972 году в связи с началом внедрения на предприятиях нерудных строительных материалов нового гранулированного ВВ - граммонита 79/21, относящегося к слабочувствительным, лабораторией были установлены эффективные способы его инициирования, снижающие до минимума образования зоны низкоскоростного режима детонации. Это позволило значительно улучшить качество взрывного дробления и уменьшить выделение вредных газов при взрыве. Разработаны конструкции комбинированных скважинных зарядов ВВ и зарядов с водяными промежутками, позволившие широко применять на гранитных карьерах низкобризантные гранулированные ВВ.
В этот же период были исследованы условия безопасного применения электровзрывания в условиях карьеров, опасных по преждевременным взрывам от блуждающих токов.
К началу 70-х годов образовавшейся в составе лаборатории сейсмогруппой был накоплен значительный экспериментальный материал исследований сейсмического влияния массовых взрывов на карьерах, в том числе только на Центральном карьере Комсомольского рудоуправления в Донбассе было проанализировано 38 массовых взрывов зарегистрированных в течении 1,5 лет. Это дало возможность выявить закономерности изменения сейсмоэффекта с изменением различных параметров взрывов и кардинально изменить существовавший до того времени подход к методам его снижения. Результаты проведенных исследований и их актуальность явились основой того, что с 1975 года одним из основных направлений научно-исследовательских работ лаборатории становится обеспечение сейсмобезопасности производства взрывных работ на многочисленных карьерах отрасли нерудных строительных материалов Украины, как правило, расположенных в густонаселенных районах.
Обоснованные рекомендации по определению сейсмобезопасной массы зарядов при КЗВ, применяемых при этом схемах коммутации взрывной сети в зависимости от расположения и удаления охраняемых объектов, а также величине интервалов замедления между ступенями КЗВ в породах различной крепости, представлялись в наиболее доступной для оперативного пользования форме, поэтому пользуются и в настоящее время на многих десятках карьеров строительных материалов различных ведомств. Они обеспечили сейсмическую безопасность охраняемых объектов практически без ограничений общей массы серий взрываемых зарядов и таким образом способствовали расширению производственных мощностей предприятий, дали возможность полностью выбирать запасы полезных ископаемых вблизи различных охраняемых объектов и получить за счет этого значительный экономический эффект. Это такие карьеры, как Рыбальский, Гниванский, Соколовский, Гуменецкий, Старобабанский, Мраморное, Сахкамень и многие другие.
С 1976 по 1980 г.г. на основе изучения структурно-текстурных особенностей массивов скального сырья на карьерах блочного камня разработаны оптимальные способы отделения монолитов от массива, а также взрывные способы разрушения скальной вскрыши бризантными ВВ без нарушений товарных качеств блоков (Кудашевский, Капустинский и Токовский карьеры). Внедрение этих способов способствовало сокращению сроков вскрытия месторождений блочного камня, а также уменьшило выход некондиционных блоков и потерь блочного сырья в целом.
В этот же период лабораторией по просьбе ПО «Днепронерудпром» были выполнены исследования и выданы рекомендации по определению размеров предохранительных целиков на таких прибрежных карьерах, как Бородаевский, Мишуринрогский и Старокодакский, при проведении технологических массовых взрывов. Позже такие работы были выполнены и для условий Чаплинского и Любимовского карьеров.
Одновременно силами сейсмогруппы лаборатории были проведены детальные исследования влияния массовых взрывов вновь открытого Шархинского карьера на развитие оползневых явлений, возникающих в связи со строительством и дальнейшей эксплуатацией автодороги Симферополь-Ялта на южном берегу Крыма. При этом было установлено истинное положение оползневой проблемы в данном районе, доказана возможность эксплуатации Шархинского карьера с обеспечением минимальнодопустимых по мнению специалистов-оползневиков, контролирующих состояние оползней в указанном районе, величин сейсмодействий при взрывах в карьере. Таким образом, проблема существования Шархинского карьера с этой точки зрения была решена и впоследствии больше не возникала.
Наряду с обеспечением сейсмобезопасности промышленных взрывов в карьерах с 1984 г. лаборатория стала разрабатывать и эффективно внедрять способы снижения действия ударно-воздушных волн, возникающих как при массовых взрывах, так и при вторичном взрывании. При этом в 1984 году в условиях Токовского карьера ПО «Днепронерудпром» была проведена серия инструментальных исследований действия ударно-воздушных волн при взрывании негабарита накладными, кумулятивными и шпуровыми зарядами. При этом были получены закономерности формирования и распространения УВВ при мгновенном и короткозамедленном взрывании. По просьбе ПУ «Харьковвзрывпром» в 1989 г. были выданы рекомендации по применению накладных зарядов для дробления негабарита на карьерах, обслуживаемых Днепропетровским цехом управления. Кроме этого, лаборатория выдавала отдельно заключения и рекомендации по действию ударно-воздушных волн в 1986-1994 г.г. по 6-и карьерам различных ведомств (Гуменецкий Каменец-Подольского цемзавода, 1986г.; Рыбальский ПО «Днепронерудпром», 1987 г.; Головинский ОПО «Житомирнерудпром» 1987 г.; Марьевский треста «Херсонводстрой», 1988 г.; Волосский Днепропетровского облавтодора, 1990 г.; Днепропетровский треста «Днепроводстрой»; Болеславчинский и Мокрянский каменный карьеры «Запорожнерудпрома», 1993 г.). Кроме того, в 1993 г. во исполнение требований МАГАТЭ были установлены расчетным путем безопасные по действию ударно-воздушных волн приближения к периметру Запорожской АЭС потенциально взрывоопасных транспортных средств различной мощности.
Рис. 1. Запорожская АЭС
На протяжении всего времени своего существования лаборатория также оказывает научно-техническую помощь карьерам в решении проблем, связанных с повышенной дальностью разлета кусков взорванной горной массы, выступает в качестве эксперта по данному вопросу. Это экспертиза несчастных случаев на Рыбальском, Любимовском, Радванском карьерах в начале 70-х годов, на Мокрянском КДЗ-2 ( начало 80-х годов) Янцевском - 1985 год, а также случаи превышения размеров опасной зоны на Старобабанском карьере, 2-ом участке Мокрянского каменного карьера (конец 80-х г.г.). Во всех случаях эксперты лаборатории устанавливали причины повышенного разлета и давали обоснованные рекомендации по их предотвращению.
Кроме того, на протяжении длительного времени в лаборатории производились разработки методов формирования откосов уступов, позволяющие получать в требуемом диапазоне углы заложения откосов и бортов карьеров, ширину берм, параметры прямого и обратного развалов отбиваемой горной массы, уменьшать зоны по разлету кусков породы, воздействий сейсмических и ударных волн, снижать опасность возникновения оползневых явлений. Сущность этих методов заключается в применении локальных экранов, выполняемых в верхней части уступов, специальных конструкций зарядов и забойки, схем монтажа взрывных сетей, учета и использования естественных и техногенных зон трещинообразования, плоскостей нарушения пород, дифференцированного энергонасыщения взрываемых уступов и др. Предложенные технологии использованы институтом «Южгипроруда» при разработке проектов по карьерам ЮГОКа и КБЖРК (рабочий чертеж 01-01-1210 ГО, ПЖ, Р1 лист 5. Вскрытие и подготовка северовосточного участка и нижних горизонтов карьера для поддержания мощности ЮГОКа и др.).
В лаборатории разработаны технологии по ведению горных работ в условиях действующих оползней. Так, институтом «Укргеолстром» на базе разработок лаборатории выполнены проекты по ведению горных работ на Амвросиевском известковом и мраморном карьере «Трибушаны». В 1991 г. разработана и внедрена технология производства горных и взрывных работ в оползнеопасных условиях карьера Камяницкого щебзавода Львовской железной дороги.
В процессе своей деятельности лаборатории приходилось рассматривать и обеспечивать безопасность взрывных работ по отношению к различным объектам. Среди них линии электропередачи, промышленные и гражданские здания, отвалы, оползневые склоны, трубопроводы, различные емкости, кабели связи, подземные выработки, хранилища радиоактивных и высокотоксичных материалов и др. Есть также разработки по обеспечению безопасности технологических взрывов в подземных выработках Днепропетровского метро на наземные здания и сооружения центральной части г. Днепропетровска.
По заказу НВИП «Струм» и Бектел Нешнл ИНК (США) в 1998-99 г.г. лаборатория проводила экспертизу обеспечения безопасности гражданских объектов при ликвидации пусковых шахт МБР в рамках Международного договора между СССР и США о сокращении и ограничении стратегических наступательных вооружений.
Рис. 2 Ликвидация шахтной пусковой установки МБР
По заказу ОАО УкрНИИГипротранс в 1994 г. разработана документация к проектированию буровзрывных работ с целью проведения тоннеля и дренажной штольни на действующем пергоне Бескид-Скотарское Львовской железной дороги. Аналогичные рекомендации по сейсмобезопасности неоднократно выдавались институту «Днепрометропроект».
В своем арсенале лаборатория имеет ряд разработок по сокращению выбросов в атмосферу пыли и газов, а также уменьшению загрязнения близлежащих водоемов растворами аммиачной селитры, содержащейся в современных промышленных взрывчатых веществах (работы по Любимовскому, Днепропетровскому и Камнезубиловскому карьерах).
После упразднения Минстройматериалов Украины и прекращения централизованного финансирования правопреемница МПСМ Украинская государственная корпорация промышленности строительных материалов (Укрстройматериалы) своим решением № 12210/8-148 от 27.04.1993 г. сохранила лаборатории статус отраслевой с переходом на финансирование на основе прямых хоздоговоров с предприятиями.
Учитывая существенный вклад лаборатории в повышение эффективности и безопасности проведения буровзрывных работ на карьерах нерудных строительных материалов Госнадзорохрантруда Украины в 1997 г. выдал Национальной горной академии Украины статус организации-эксперта по вопросам безопасности буровзрывных работ на карьерах строительных материалов.
На протяжении всего периода существования штат лаборатории составлял 6-8 человек. В экономически трудных условиях начала 90-х г.г. лаборатория сумела сохранить штат своих основных сотрудников, который состоял из 6 человек, среди которых один д.т.н., профессор и два к.т.н., защитивших диссертации по тематике лаборатории.
В связи с реорганизацией научно-исследовательской части в то время Национальной горной академии Украины с целью сохранения научного потенциала, улучшения эффективности исследований приказом ректора в 2000 г. На базе отраслевой научно-исследовательской лаборатории был создан Центр по проблемам взрывных работ, научным руководителем которого был назначен д.т.н., профессор Крысин Р.С.
В дальнейшем вновь созданный Центр следуя добрым традициям лаборатории продолжал плодотворно работать в области эффективного и безопасного использования энергии взрыва в народном хозяйстве. Так в последние годы было создано целый ряд специальных проектов буровзрывных работ, которые дали возможность оперативно решать поставленные задачи. Среди них уникальный «Технорабочий проект обрушения взрывом сооружений 202 и 102», выполненный в связи с договором между МО Украины и Госпредприятием «Укроборонсервис» об демонтаже и утилизации сооружений 202 и 102, рис. 3.
Рис. 3 Р.С.Крысин, В.Ю.Швец на объекте
Кроме того, в 2001 г. по договору с ОАО «Запорожский производственный алюминиевый комбинат» был выполнен проект для понижения высоты вскрышного уступа с помощью взрыва скважинных зарядов в условиях Глуховского карьера кварцитов, рис. 4.
Рис. 4 Понижение высоты вскрышного уступа взрывом на Глуховском карьере кварцитов
По договору с ОАО «Южэнергострой» и заказу ОП Южноукраинская АЭС» были выполнены три спецпроекта на выполнение большого объема буровзрывных работ в непосредственной близости от уже построенных объектов Ташлыкской гидроаккумулирующей электростанции, рис. 5.
Рис. 5 На строительстве Ташлыкской ГАЕС
Затем по договору с ОАО «Укргидропроект» был выполнен проект производства буровзрывных работ рядом с действующей Днестровской ГЭС, рис.6.
Рис. 6 Проектирование буровзрывных работ вблизи Днестровской ГАС
В связи с возникшей необходимостью перехода горной промышленности Украины на использование передовых эффективных технологий при разрушении крепких скальных горных пород емульсионными взрывчатыми веществами Центр по проблемам взрывных работ НГУ совместно с Украинским государственным химико-технологическим институтом разработал первое отечественное эмульсионное взрывчатое вещество украинит-Д, которое успешно прошло предварительные испытания в условиях ГП «Запорожвзрывпром». Затем принимал непосредственное участие в разработке, предварительных и промышленных испытаниях в условиях карьеров Кривбасса более современного ЭВВ украинит-ПМ, украинит-ПМ-2Б.
Рис. 7 Первый взрыв украинита на Ингулецком ГОКе
Эти ЭВВ приняты к постоянному применению и широко используются на карьерах Криворожских горно-обогатительных комбинатов и гранитных карьерах, обслуживаемых ЗАО «Промвзрыв».
Рис. 8 Первые широкомасштабные испытания украинита на Ингулецком ГОКе
По результатам научных разработок построен первый в Украине завод по изготовлению эмулькома матрицы ЭВР украинит (рис. 9). И созданы отечественные смесительно-зарядные машины на базе автомобилей КрАЗ и БелАЗ (рис. 10).
Рис. 9 Завод по изготовлению матрицы (эмульком) эмульсионного взрывчатого вещества украинит
В целом за свою историю лабораторией выполнены работы и выданы соответстующие рекомендации, заключения по безопасности взрывных работ более чем на 100 карьерах отрасли нерудных строительных материалов и карьерах других ведомств Украины.
В настоящее время Центр по проблемам взрывных работ Национального горного университета в состоянии квалифицированно выполнять научно-исследовательские работы, выполнять экспертизу по следующим направлениям:
- оптимизация параметров буровзрывных работ на горнодобывающих предприятиях;
- обеспечение сейсмической безопасности и безопасности действия ударно-воздушной волны при промышленных взрывах;
- обеспечение безопасной дальности разлета кусков породы при взрывах в различных горногеологических условиях;
- уменьшение экологических последствий работ, связанных с заряжанием и взрыванием современных типов ВВ.
- проектирование буровзрывных работ в условиях горных предприятий, метростроя и при строительстве, реконструкции и ликвидации объектов различного назначения.