Взрыв по правилам

Сегодня в нашей стране действует около 120 угольных разрезов, где добывается 2/3 российского угля: в 2014 году объем составил около 250 млн тонн. Непременный спутник открытой добычи каменного угля — взрывные работы. 
При традиционных взрывах в воздух поднимается огромное количество пыли и газа. Воздушная ударная волна чувствуется на большом расстоянии, а шум слышен за десятки километров.  
Мощные взрывы, по мнению ученых, способны влиять на сейсмическую обстановку в местах добычи угля. Население расположенных рядом с некоторыми кузбасскими разрезами сел иногда жалуется на то, что в домах трескаются стены и кафель, начинают разваливаться фундамент и печи.

Пыльные облака 
Исследования, проведенные на одном из разрезов каменного угля в Якутии, показали: во время массовых взрывов для разрыхления пустой породы и угольного пласта по традиционной технологии выбрасывается около 15-20 млн кубометров пыли. Облако распространяется на высоту до полутора километров и выше, уходит за пределы карьера на расстояние в десять километров. И рассеивается за 5-6 часов, «высыпая» на землю около 500 тыс. тонн частиц: 70-75% этого объема оседает за территорией карьера.
Взрывные работы дают около половины пыли на угольных разрезах, еще 20-25% образуется при погрузке, 15-20% — при перевозке руды по дорогам карьера, и 5-15% — во время дальнейшей транспортировки конечному потребителю.

Техногенная нагрузка
Каждый новый взрыв обильно «припудривает» окружающие карьер территории, постепенно уничтожая растительность и заставляя животных покидать обжитые места. Пылевая техногенная нагрузка на примыкающие площади квалифицируется как «умеренно опасная» и «высокоопасная». Согласно научным данным, в самом крупном угольном бассейне России — Кузбассе — в пределах Кузнецкой котловины вода ни в одной из рек не пригодна для питья. 
Вдыхая угольную пыль, люди рискуют получить патологии органов дыхания. Следствием контакта кожи с частицами угля может стать появление фурункулов, панарициев и абсцессов. При попадании на слизистую оболочку глаз пыль вызывает конъюнктивит. По информации официальных источников, в соседствующих с угольными карьерами городах и поселках в трудоспособном возрасте люди умирают на 15-20% чаще, чем в других местах.

Электронный взрыватель
Решать проблему, по мнению специалистов, необходимо комплексно. Нужны технологии, которые позволяют снизить шумовую нагрузку при взрыве, уменьшить сейсмическое воздействие и объемы выбрасываемых пыли и газа.
Один из методов снижения негативного воздействия на окружающую среду — замедление взрывов. Идею предложил в СССР ученый К. А. Берлин. Первый замедленный взрыв был проведен в 1934 году: помещенная в разные скважины блока взрывчатка взрывается через небольшие интервалы времени. За раз подрывается блок из нескольких скважин. Таким образом, один крупный взрыв «разбивается» во времени на несколько небольших. 
«Сейчас интервал замедления составляет тысячные доли секунды. Однако эти мизерные промежутки дают возможность значительно снизить объем выбрасываемой пыли. Кроме того, за счет соударения кусков массива при короткозамедленном взрывании для получения того же эффекта разрушения горной породы требуется меньше взрывчатого вещества, чем при обычном взрыве. А это означает снижение сейсмического воздействия», — объясняет доцент кафедры «Открытые горные работы» Института горного дела, геологии и геотехнологий СФУ Евгения Назарова.

Ювелирная точность
Одной из самых эффективных на сегодня методик считается электронная система инициирования взрыва. В 2011 году во время презентации такой системы французской компании Davey Bickford на разрезе «Восточный» холдинга «СДС-Уголь» в Кемеровской области зрители могли наблюдать небольшое облачко пыли, поднявшееся над карьером почти в полной тишине. При этом в скважины было заложено около пятидесяти тонн взрывчатки, а в результате взрыва было подготовлено к отработке около 129 000 м³ горной массы. 
Задача системы — точный расчет и программирование промежутков между отдельными взрывами. Если при замедленном взрывании обычным электрическим, огневым или электроогневым способом, по мнению специалистов, получить точный интервал невозможно, то в электронной системе время замедления задается электронным чипом. И это дает максимально высокую точность срабатывания детонатора. Соответственно, общая мощность взрыва значительно уменьшается, и в атмосферу попадает меньше пыли и продуктов сгорания взрывчатых веществ. 
Вместо детонирующих шнуров используются электронные детонаторы, которые приводятся в действие дистанционно, с помощью специального прибора. Он легко умещается в небольшом чемоданчике.

Тише и чище
Шума от таких «электронных» взрывов намного меньше, чем при использовании традиционного способа. Уровень шумовой нагрузки укладывается в действующие в России нормативы — не более 50 децибел на удалении в километр от места взрыва. Это сравнимо с силой звука, который создает, например, бытовая стиральная машина-автомат. Сейсмическое воздействие, согласно данным «СДС-Уголь», не превышает 0,6 миллиметра — в 10 раз ниже разрешенных в стране показателей. И если при обычном взрыве пыль может разлетаться на расстояние в 3-4 километра, то при электронном разлет сокращается в два раза.  
Электронные системы инициирования взрывов при открытой добыче угля в мире применяются уже около восьми лет. Однако более высокая, по сравнению с традиционными способами буровзрывных работ, себестоимость не способствует их быстрому массовому внедрению на отечественных угольных предприятиях.

Кислородный баланс
Уменьшить выделение ядовитых газов при взрыве призваны новые виды взрывчатки. Современные взрывчатые вещества, изготовленные на основе аммиачной селитры и дизельного топлива, практически не дают опасных газов. Это становится возможным за счет минимального уровня кислородного баланса. Другими словами, при нулевом кислородном балансе во время химической реакции, которая возникает в момент взрыва, все составляющие взрывчатки «расходуются» по максимуму, и побочных продуктов не образуется.

Большие машины
Еще один способ снизить техногенные и экологические риски при проведении взрывных работ — просто меньше взрывать. Для этого «Воркутауголь» (входит в группу «Северсталь»), например, в 2012 году купила новые мощные бульдозеры Caterpillar (США) D10 и D11. Вес машин — 68 и 104 тонны. Их использование на разрезе «Юньягинский» должно сократить объемы буровзрывных работ примерно на треть, а затраты компании на взрывчатку — на 40-60% (экономия — около полутора миллионов в месяц). Соответственно, шума и пыли карьер будет производить в несколько раз меньше.

Водные процедуры
Для уменьшения пыльных выбросов при взрывах на угольных разрезах давно и успешно применяют методики пылеподавления. 
Вариант первый — участок вокруг места взрыва размером примерно 50х50 метров обильно поливают водой из расчета 8-10 литров на один «квадрат». Влажная порода пылит меньше. Зимой вода может заменяться растворами хлористого магния, натрия или кальция: они не замерзают при снижении температуры наружного воздуха до -50 ⁰С.
Второй способ — размещение в каждой отбойной скважине герметичных емкостей, наполненных водой. В момент взрыва резервуар сжимается и лопается, а вода превращается в пар, который оседает на частицах пыли. Они собираются в более крупные «комочки» и, в идеале, опускаются на место взрыва, не распространяясь за пределы ограниченной площадки. Однако на практике достичь такого развития событий удается не всегда. Нередко вода «вырывается» из оболочки слишком быстро, и ее капли оказываются слишком тяжелыми, поэтому быстро падают на землю, не «сумев» собрать пыль.

Профилактика землетрясений?
Влияют ли взрывы на угольных разрезах на сейсмическую погоду в регионах, где они проводятся? Ученые отвечают однозначно: влияют. Однако как именно, пока неизвестно, масштабных исследований на эту тему в России не проводилось.
По мнению специалистов ВНИМИ (Государственного научно-исследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела), открытые и подземные разработки в Кузбассе служат профилактикой крупных землетрясений. Это выражается в том, что взрывные работы оказывают сотрясательный и сейсмический эффект, и тем самым снимают напряжение в земной коре. В результате воздействия землетрясения в недрах региона случаются при более низких уровнях накопленной в потенциальных очагах энергии. «Разрядка» происходит постепенно: вместо одного крупного случается серия мелких землетрясений, и общее количество регистрируемых сейсмических событий возрастает. 
Это, по мнению ученых, в некоторой степени уменьшает вероятность возникновения масштабных землетрясений в регионе, граничащем с активной сейсмической зоной Горного Алтая. Однако, подчеркивают специалисты, влияние взрывов при добыче угля на величину поля напряжений мизерна. И вопрос влияния взрывных работ на сейсмическую ситуацию предстоит еще изучать.

В интересах безопасности 
В России горнодобывающие компании сегодня, в первую очередь, озабочены повышением безопасности взрывных работ. Например, уже долгое время в нашей стране применяются системы инициирования взрывов на основе низкоэнергетических волноводов. 
«Главная задача — повысить степень безопасности в первую очередь для специалистов, которые проводят взрывы. Особенность низкоэнергетических волноводов в том, что, в отличие от детонирующих шнуров, взрывчатое вещество в них занимает не весь объем, а напыляется на тонкую пластмассовую трубочку, которая помещается в изолирующую оболочку. После инициирования взрыва волновод остается целым, тогда как традиционный детонирующий шнур взрывается. В России низкоэнергетические волноводы выпускают на новосибирском заводе «Искра», — говорит Евгения Назарова.  
В интересах безопасности в последние годы взрывчатое вещество доставляется к месту взрыва в виде отдельных компонентов в обособленных герметичных контейнерах. «Смешиваются они непосредственно на месте: в течение определенного времени происходит химическая реакция — взрывчатка готова. Но уже спустя 72 часа состав теряет свои взрывчатые свойства и становится не опасным», — объясняет эксперт.

Альтернативы нет
Технологии взрывных работ совершенствуются. Однако адекватной альтернативы взрывам при добыче твердых полезных ископаемых с коэффициентом крепости выше 10 в мире еще не придумано. Можно разрушать породу с помощью горных комбайнов, но они имеют низкую производительность, несоизмеримую с производительностью взрыва. Поиск возможностей найти замену взрывам в горном деле ведется.

Спецвыпуск журнала «Промышленные страницы Сибири» «Добывающая промышленность»

Информация взята с сайта: http://www.epps.ru/journal

Сегодня в нашей стране действует около 120 угольных разрезов, где добывается 2/3 российского угля: в 2014 году объем составил около 250 млн тонн. Непременный спутник открытой добычи каменного угля — взрывные работы. 
При традиционных взрывах в воздух поднимается огромное количество пыли и газа. Воздушная ударная волна чувствуется на большом расстоянии, а шум слышен за десятки километров.  
Мощные взрывы, по мнению ученых, способны влиять на сейсмическую обстановку в местах добычи угля. Население расположенных рядом с некоторыми кузбасскими разрезами сел иногда жалуется на то, что в домах трескаются стены и кафель, начинают разваливаться фундамент и печи.

Пыльные облака 
Исследования, проведенные на одном из разрезов каменного угля в Якутии, показали: во время массовых взрывов для разрыхления пустой породы и угольного пласта по традиционной технологии выбрасывается около 15-20 млн кубометров пыли. Облако распространяется на высоту до полутора километров и выше, уходит за пределы карьера на расстояние в десять километров. И рассеивается за 5-6 часов, «высыпая» на землю около 500 тыс. тонн частиц: 70-75% этого объема оседает за территорией карьера.
Взрывные работы дают около половины пыли на угольных разрезах, еще 20-25% образуется при погрузке, 15-20% — при перевозке руды по дорогам карьера, и 5-15% — во время дальнейшей транспортировки конечному потребителю.

Техногенная нагрузка
Каждый новый взрыв обильно «припудривает» окружающие карьер территории, постепенно уничтожая растительность и заставляя животных покидать обжитые места. Пылевая техногенная нагрузка на примыкающие площади квалифицируется как «умеренно опасная» и «высокоопасная». Согласно научным данным, в самом крупном угольном бассейне России — Кузбассе — в пределах Кузнецкой котловины вода ни в одной из рек не пригодна для питья. 
Вдыхая угольную пыль, люди рискуют получить патологии органов дыхания. Следствием контакта кожи с частицами угля может стать появление фурункулов, панарициев и абсцессов. При попадании на слизистую оболочку глаз пыль вызывает конъюнктивит. По информации официальных источников, в соседствующих с угольными карьерами городах и поселках в трудоспособном возрасте люди умирают на 15-20% чаще, чем в других местах.

Электронный взрыватель
Решать проблему, по мнению специалистов, необходимо комплексно. Нужны технологии, которые позволяют снизить шумовую нагрузку при взрыве, уменьшить сейсмическое воздействие и объемы выбрасываемых пыли и газа.
Один из методов снижения негативного воздействия на окружающую среду — замедление взрывов. Идею предложил в СССР ученый К. А. Берлин. Первый замедленный взрыв был проведен в 1934 году: помещенная в разные скважины блока взрывчатка взрывается через небольшие интервалы времени. За раз подрывается блок из нескольких скважин. Таким образом, один крупный взрыв «разбивается» во времени на несколько небольших. 
«Сейчас интервал замедления составляет тысячные доли секунды. Однако эти мизерные промежутки дают возможность значительно снизить объем выбрасываемой пыли. Кроме того, за счет соударения кусков массива при короткозамедленном взрывании для получения того же эффекта разрушения горной породы требуется меньше взрывчатого вещества, чем при обычном взрыве. А это означает снижение сейсмического воздействия», — объясняет доцент кафедры «Открытые горные работы» Института горного дела, геологии и геотехнологий СФУ Евгения Назарова.

Ювелирная точность
Одной из самых эффективных на сегодня методик считается электронная система инициирования взрыва. В 2011 году во время презентации такой системы французской компании Davey Bickford на разрезе «Восточный» холдинга «СДС-Уголь» в Кемеровской области зрители могли наблюдать небольшое облачко пыли, поднявшееся над карьером почти в полной тишине. При этом в скважины было заложено около пятидесяти тонн взрывчатки, а в результате взрыва было подготовлено к отработке около 129 000 м³ горной массы. 
Задача системы — точный расчет и программирование промежутков между отдельными взрывами. Если при замедленном взрывании обычным электрическим, огневым или электроогневым способом, по мнению специалистов, получить точный интервал невозможно, то в электронной системе время замедления задается электронным чипом. И это дает максимально высокую точность срабатывания детонатора. Соответственно, общая мощность взрыва значительно уменьшается, и в атмосферу попадает меньше пыли и продуктов сгорания взрывчатых веществ. 
Вместо детонирующих шнуров используются электронные детонаторы, которые приводятся в действие дистанционно, с помощью специального прибора. Он легко умещается в небольшом чемоданчике.

Тише и чище
Шума от таких «электронных» взрывов намного меньше, чем при использовании традиционного способа. Уровень шумовой нагрузки укладывается в действующие в России нормативы — не более 50 децибел на удалении в километр от места взрыва. Это сравнимо с силой звука, который создает, например, бытовая стиральная машина-автомат. Сейсмическое воздействие, согласно данным «СДС-Уголь», не превышает 0,6 миллиметра — в 10 раз ниже разрешенных в стране показателей. И если при обычном взрыве пыль может разлетаться на расстояние в 3-4 километра, то при электронном разлет сокращается в два раза.  
Электронные системы инициирования взрывов при открытой добыче угля в мире применяются уже около восьми лет. Однако более высокая, по сравнению с традиционными способами буровзрывных работ, себестоимость не способствует их быстрому массовому внедрению на отечественных угольных предприятиях.

Кислородный баланс
Уменьшить выделение ядовитых газов при взрыве призваны новые виды взрывчатки. Современные взрывчатые вещества, изготовленные на основе аммиачной селитры и дизельного топлива, практически не дают опасных газов. Это становится возможным за счет минимального уровня кислородного баланса. Другими словами, при нулевом кислородном балансе во время химической реакции, которая возникает в момент взрыва, все составляющие взрывчатки «расходуются» по максимуму, и побочных продуктов не образуется.

Большие машины
Еще один способ снизить техногенные и экологические риски при проведении взрывных работ — просто меньше взрывать. Для этого «Воркутауголь» (входит в группу «Северсталь»), например, в 2012 году купила новые мощные бульдозеры Caterpillar (США) D10 и D11. Вес машин — 68 и 104 тонны. Их использование на разрезе «Юньягинский» должно сократить объемы буровзрывных работ примерно на треть, а затраты компании на взрывчатку — на 40-60% (экономия — около полутора миллионов в месяц). Соответственно, шума и пыли карьер будет производить в несколько раз меньше.

Водные процедуры
Для уменьшения пыльных выбросов при взрывах на угольных разрезах давно и успешно применяют методики пылеподавления. 
Вариант первый — участок вокруг места взрыва размером примерно 50х50 метров обильно поливают водой из расчета 8-10 литров на один «квадрат». Влажная порода пылит меньше. Зимой вода может заменяться растворами хлористого магния, натрия или кальция: они не замерзают при снижении температуры наружного воздуха до -50 ⁰С.
Второй способ — размещение в каждой отбойной скважине герметичных емкостей, наполненных водой. В момент взрыва резервуар сжимается и лопается, а вода превращается в пар, который оседает на частицах пыли. Они собираются в более крупные «комочки» и, в идеале, опускаются на место взрыва, не распространяясь за пределы ограниченной площадки. Однако на практике достичь такого развития событий удается не всегда. Нередко вода «вырывается» из оболочки слишком быстро, и ее капли оказываются слишком тяжелыми, поэтому быстро падают на землю, не «сумев» собрать пыль.

Профилактика землетрясений?
Влияют ли взрывы на угольных разрезах на сейсмическую погоду в регионах, где они проводятся? Ученые отвечают однозначно: влияют. Однако как именно, пока неизвестно, масштабных исследований на эту тему в России не проводилось.
По мнению специалистов ВНИМИ (Государственного научно-исследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела), открытые и подземные разработки в Кузбассе служат профилактикой крупных землетрясений. Это выражается в том, что взрывные работы оказывают сотрясательный и сейсмический эффект, и тем самым снимают напряжение в земной коре. В результате воздействия землетрясения в недрах региона случаются при более низких уровнях накопленной в потенциальных очагах энергии. «Разрядка» происходит постепенно: вместо одного крупного случается серия мелких землетрясений, и общее количество регистрируемых сейсмических событий возрастает. 
Это, по мнению ученых, в некоторой степени уменьшает вероятность возникновения масштабных землетрясений в регионе, граничащем с активной сейсмической зоной Горного Алтая. Однако, подчеркивают специалисты, влияние взрывов при добыче угля на величину поля напряжений мизерна. И вопрос влияния взрывных работ на сейсмическую ситуацию предстоит еще изучать.

В интересах безопасности 
В России горнодобывающие компании сегодня, в первую очередь, озабочены повышением безопасности взрывных работ. Например, уже долгое время в нашей стране применяются системы инициирования взрывов на основе низкоэнергетических волноводов. 
«Главная задача — повысить степень безопасности в первую очередь для специалистов, которые проводят взрывы. Особенность низкоэнергетических волноводов в том, что, в отличие от детонирующих шнуров, взрывчатое вещество в них занимает не весь объем, а напыляется на тонкую пластмассовую трубочку, которая помещается в изолирующую оболочку. После инициирования взрыва волновод остается целым, тогда как традиционный детонирующий шнур взрывается. В России низкоэнергетические волноводы выпускают на новосибирском заводе «Искра», — говорит Евгения Назарова.  
В интересах безопасности в последние годы взрывчатое вещество доставляется к месту взрыва в виде отдельных компонентов в обособленных герметичных контейнерах. «Смешиваются они непосредственно на месте: в течение определенного времени происходит химическая реакция — взрывчатка готова. Но уже спустя 72 часа состав теряет свои взрывчатые свойства и становится не опасным», — объясняет эксперт.

Альтернативы нет
Технологии взрывных работ совершенствуются. Однако адекватной альтернативы взрывам при добыче твердых полезных ископаемых с коэффициентом крепости выше 10 в мире еще не придумано. Можно разрушать породу с помощью горных комбайнов, но они имеют низкую производительность, несоизмеримую с производительностью взрыва. Поиск возможностей найти замену взрывам в горном деле ведется.

Спецвыпуск журнала «Промышленные страницы Сибири» «Добывающая промышленность»

Информация взята с сайта: http://www.epps.ru/journal