Буровзрывной способ

Буровзрывной способ — это технология разрушения горных пород и искусственных материалов (бетона, кирпичной кладки) путём бурения в массиве системы шпуров (скважин), размещения в них зарядов взрывчатого вещества (ВВ) и последующего подрыва. Является наиболее распространённым методом проведения горных выработок, добычи полезных ископаемых, строительства тоннелей, котлованов, а также сноса зданий и сооружений. Основное преимущество способа — высокая производительность и возможность разрушения пород любой крепости, недостатки — высокая опасность, сейсмическое воздействие на окружающую среду и образование большого количества пыли и газов.

История

Применение взрывчатых веществ для разрушения горных пород началось вскоре после изобретения дымного пороха в Средние века. Первые документально подтверждённые случаи использования пороха в горном деле относятся к XVII веку (например, в рудниках Словакии). Однако до XIX века технология была крайне опасной и неэффективной из-за несовершенства ВВ и способов инициирования.

Переломным моментом стало изобретение динамита Альфредом Нобелем в 1867 году и создание аммиачной селитры как основы для промышленных ВВ. В XX веке, с развитием буровой техники (пневматические и гидравлические перфораторы, буровые станки) и появлением безопасных средств взрывания (электродетонаторов, неэлектрических систем), буровзрывной способ стал основным в горнодобывающей промышленности и строительстве.

В СССР и России буровзрывные работы (БВР) получили широкое развитие в связи с масштабным освоением месторождений полезных ископаемых (Кузбасс, Норильск, Кольский полуостров) и строительством крупных инфраструктурных объектов (Байкало-Амурская магистраль, метрополитены). Современные технологии, такие как взрывчатые вещества с пониженной чувствительностью и системы неэлектрического инициирования, позволили значительно повысить безопасность и управляемость процесса.

Технология процесса

Буровзрывной способ включает несколько последовательных этапов, выполняемых строго по проекту (паспорту буровзрывных работ).

1. Буровые работы

Цель — создание в массиве горной породы полостей (шпуров — глубиной до 5 м, или скважин — глубже 5 м) для размещения зарядов. Тип бурового оборудования зависит от крепости породы и требуемой точности:

• Ручные перфораторы — для работ в стеснённых условиях (проходка штреков, камер).
• Буровые станки — для массовых взрывов на карьерах (шарошечные, пневмоударные).
• Буровые установки — для проходки тоннелей (бурильные рамы с несколькими перфораторами).

Диаметр шпуров обычно составляет 32–105 мм, скважин — до 300 мм и более. Схема расположения шпуров (сетка) рассчитывается исходя из свойств породы и требуемой степени дробления.

2. Заряжание

В пробуренные полости закладывается взрывчатое вещество. В зависимости от условий применяются:

• Гранулированные ВВ (граммонит, гранулотол, игданит) — для сухих скважин большого диаметра.
• Патронированные ВВ (аммонит, тротил) — для шпуров малого диаметра.
• Водоустойчивые ВВ (эмульсионные взрывчатые вещества, например, порэмит) — для обводнённых скважин.

Заряд может быть сплошным или рассредоточенным (с воздушными промежутками для улучшения дробления). Для инициирования в заряд помещается средство взрывания (капсюль-детонатор, электродетонатор или детонирующий шнур).

3. Монтаж взрывной сети

Все заряды соединяются в единую сеть для одновременного или последовательного (с замедлением) подрыва. Используются:

• Электрический способ — с помощью электродетонаторов и магистральных проводов.
• Неэлектрический способ — с помощью ударно-волновых трубок (система «Нонель», «Синэл»).
• Огневой способ — с помощью огнепроводного шнура (в основном для небольших взрывов).

4. Взрывание и контроль

Подрыв производится с безопасного расстояния. После взрыва оценивается качество дробления, наличие негабаритных кусков, сейсмический эффект. При необходимости проводятся повторные работы (вторичное дробление).

Классификация

Буровзрывные работы классифицируются по нескольким признакам:

• По назначению:
• Проходческие — для проведения горных выработок (шахт, тоннелей).
• Добычные — для отбойки полезного ископаемого от массива.
• Строительные — для рытья котлованов, траншей, сноса зданий.
• Специальные — для сейсморазведки, уплотнения грунтов, ликвидации аварий.
• По условиям взрывания:
• Открытые — на поверхности (карьеры, строительные площадки).
• Подземные — в шахтах, тоннелях.
• Подводные — при дноуглубительных работах.
• По способу инициирования:
• Огневое — с помощью огнепроводного шнура.
• Электрическое — с помощью электродетонаторов.
• Неэлектрическое — с помощью ударно-волновых трубок.
• С применением детонирующего шнура — для синхронизации зарядов.

Параметры и расчёт

Эффективность буровзрывного способа определяется несколькими ключевыми параметрами:

• Удельный расход ВВ (кг/м³) — количество взрывчатого вещества, необходимое для разрушения единицы объёма породы. Зависит от крепости породы (по шкале Протодьяконова) и требуемой степени дробления.
• Линия наименьшего сопротивления (ЛНС) — кратчайшее расстояние от центра заряда до открытой поверхности. Определяет радиус зоны разрушения.
• Сетка скважин — расстояние между зарядами в ряду и между рядами. Оптимальная сетка обеспечивает равномерное дробление без переизмельчения.
• Величина замедления — интервал времени между взрывами соседних зарядов (от 0 до 500 мс). Правильное замедление улучшает дробление и снижает сейсмическое воздействие.

Расчёт паспорта БВР выполняется с использованием эмпирических формул (например, формула Покровского) и компьютерного моделирования.

Применение

Горнодобывающая промышленность

Буровзрывной способ является основным для добычи твёрдых полезных ископаемых (руды чёрных и цветных металлов, угля, строительного камня). На карьерах (например, Ковдорский, Лебединский, Удоканский) ежегодно взрываются миллионы тонн горной массы. В подземных рудниках (Норильск, Талнах) БВР применяется для проходки выработок и отбойки руды.

Строительство

В гражданском и транспортном строительстве БВР используется для:

• Проходки тоннелей (метро, железнодорожные, автодорожные).
• Разработки котлованов под фундаменты зданий и сооружений.
• Строительства дорог в скальных грунтах.
• Сноса зданий и сооружений (направленный взрыв).

Специальные работы

• Сейсморазведка — создание упругих волн для изучения геологического строения.
• Уплотнение грунтов — взрывы в водонасыщенных грунтах для повышения их плотности.
• Ликвидация аварий — разрушение завалов, ледяных заторов на реках.

Безопасность и охрана труда

Буровзрывные работы относятся к категории особо опасных. Основные риски:

• Несанкционированный взрыв — из-за нарушения технологии или использования некачественных материалов.
• Разлёт кусков породы — при неправильном расчёте ЛНС или переборе заряда.
• Сейсмическое воздействие — может повредить близлежащие здания и сооружения.
• Взрывные газы — оксид углерода, оксиды азота, сероводород — требуют вентиляции в подземных условиях.
• Пыль — при массовых взрывах на карьерах.

Для обеспечения безопасности в России действуют «Единые правила безопасности при взрывных работах» (ПБ 13-407-01). Все работы выполняются только по наряду-допуску, с обязательным ограждением опасной зоны, использованием средств индивидуальной защиты и контролем за состоянием ВВ.

Критика и альтернативы

Несмотря на широкое распространение, буровзрывной способ подвергается критике за негативное воздействие на окружающую среду (шум, пыль, сейсмика) и высокую опасность. В ряде случаев применяются альтернативные методы:

• Механическое разрушение — с помощью гидромолотов, отбойных молотков, горных комбайнов (например, проходческие комбайны типа «Тимберджек»). Применимо для пород средней крепости.
• Термическое разрушение — с помощью газовых горелок или плазмы (для крепких пород, например, гранитов).
• Гидравлическое разрушение — с помощью высокого давления воды (гидроразрыв).
• Химическое разрушение — с помощью невзрывчатых разрушающих средств (НРС), расширяющихся при гидратации.

Однако для крепких и очень крепких пород (коэффициент крепости > 10) буровзрывной способ остаётся практически безальтернативным.

Источники

1. Покровский Г. И. «Взрывное дело». — М.: Недра, 1980.
2. Кутузов Б. Н. «Безопасность взрывных работ в горной промышленности». — М.: Горная книга, 2009.
3. «Единые правила безопасности при взрывных работах» (ПБ 13-407-01). — М.: Госгортехнадзор России, 2001.
4. Барон Л. И., Лобанова Г. А. «Разрушение горных пород взрывом». — М.: Недра, 1970.
5. Материалы научно-технических конференций по взрывному делу (ИПКОН РАН, 2015–2023).