Короткозамедленное взрывание

Короткозамедленное взрывание — это способ инициирования серии зарядов взрывчатых веществ (ВВ) с заданными интервалами времени между взрывами отдельных зарядов или их групп, составляющими от нескольких миллисекунд до десятков миллисекунд. Основная цель метода — повышение эффективности дробления горной породы, снижение сейсмического воздействия на окружающую среду и улучшение качества взрывных работ в горном деле, строительстве и других отраслях.

История

Идея разделения во времени взрывов отдельных зарядов для улучшения результатов взрывных работ возникла в начале XX века. Первые эксперименты с замедлением проводились с использованием огнепроводного шнура разной длины, что позволяло получать задержки в несколько секунд. Однако такой подход был неточным и небезопасным.

Значительный прогресс произошел в 1940-х годах с появлением электрических средств инициирования с замедлителями. В 1946 году в СССР были разработаны первые электродетонаторы замедленного действия (ЭДЗД) с интервалами 0,5; 1; 2; 4; 6 и 8 секунд. Это позволило перейти к практике короткозамедленного взрывания (КЗВ) в промышленных масштабах.

В 1950-1960-х годах метод получил широкое распространение на карьерах и в шахтах СССР. В 1970-х годах были внедрены неэлектрические системы инициирования (например, система «Синэл» в СССР), которые повысили безопасность и точность замедлений. С 1990-х годов активно применяются электронные детонаторы, позволяющие программировать индивидуальные задержки для каждого заряда с точностью до 0,1 миллисекунды.

Принцип действия

При короткозамедленном взрывании серия скважинных или шпуровых зарядов взрывается не одновременно, а последовательно с заданными интервалами. Взрыв каждого последующего заряда происходит в момент, когда порода от предыдущего взрыва находится в состоянии частичного разрушения и движения. Это создает ряд эффектов:

• Дополнительное дробление: Ударные волны от последовательных взрывов взаимодействуют друг с другом, создавая зоны повышенного напряжения в массиве, что улучшает измельчение породы.
• Снижение сейсмического эффекта: Энергия взрыва распределяется во времени, что уменьшает амплитуду сейсмических колебаний грунта. Это особенно важно при взрывах вблизи зданий, сооружений и горных выработок.
• Улучшение качества развала: Порода разбрасывается на меньшее расстояние, развал получается более компактным и равномерным, что облегчает последующую экскавацию.
• Снижение выхода негабаритов: За счет лучшего дробления уменьшается количество крупных кусков, требующих вторичного дробления.

Классификация по величине замедления

В зависимости от интервала времени между взрывами соседних зарядов выделяют три основных режима:

• Короткозамедленное взрывание (КЗВ): Интервалы от 10 до 100 миллисекунд. Наиболее распространенный режим для дробления горных пород средней и высокой крепости.
• Замедленное взрывание: Интервалы от 100 до 500 миллисекунд. Применяется для снижения сейсмического воздействия при взрывах вблизи охраняемых объектов, а также для управления направлением развала.
• Длиннозамедленное взрывание: Интервалы более 500 миллисекунд. Используется редко, в основном для специальных целей, например, для создания направленных выбросов грунта.

Средства инициирования

Для реализации короткозамедленного взрывания применяются различные типы средств инициирования:

• Электродетонаторы замедленного действия (ЭДЗД): Содержат пиротехнический замедлитель, обеспечивающий фиксированную задержку. Номера замедлений (например, ЭДЗД №1 — 0,5 с, ЭДЗД №2 — 1,0 с) стандартизированы.
• Неэлектрические системы инициирования (НСИ): Передача инициирующего импульса осуществляется по ударно-волновой трубке (например, системы «Синэл», «Нонель»). Замедление обеспечивается пиротехническими элементами в детонаторах.
• Электронные детонаторы: Программируемые устройства, позволяющие задавать индивидуальное время замедления для каждого заряда с высокой точностью (до 0,1 мс). Обеспечивают максимальную гибкость и качество взрывных работ.
• Пиротехнические реле (для детонирующего шнура): Устройства, вставляемые в магистраль детонирующего шнура, обеспечивающие задержку передачи детонации (обычно 10, 20, 30 мс).

Параметры и расчет

Основными параметрами короткозамедленного взрывания являются:

• Интервал замедления (τ): Время между взрывами соседних зарядов. Выбирается в зависимости от физико-механических свойств породы, диаметра скважин, расстояния между ними и требуемой степени дробления. Оптимальный интервал обычно составляет 20–50 мс для пород средней крепости.
• Количество ступеней замедления: Число групп зарядов, взрывающихся с разными задержками. Чем больше ступеней, тем меньше сейсмический эффект.
• Схема коммутации: Порядок соединения зарядов в группы. Наиболее распространены схемы: порядная (скважины взрываются последовательно ряд за рядом), диагональная (взрыв идет по диагонали), клиновая (взрыв от центра к краям) и врубовая (для проходки выработок).

Расчет параметров КЗВ выполняется на основе методик, учитывающих акустическую жесткость породы, скорость распространения продольных волн и требуемый размер куска. В России расчеты регламентируются «Едиными правилами безопасности при взрывных работах» и отраслевыми инструкциями.

Применение

Короткозамедленное взрывание является основным методом ведения взрывных работ в следующих областях:

• Горное дело: Открытая (карьеры) и подземная (шахты) разработка месторождений полезных ископаемых (руды, угля, строительных материалов).
• Строительство: Разработка котлованов, траншей, выемок, рыхление мерзлых и скальных грунтов, снос зданий и сооружений.
• Гидротехническое строительство: Создание плотин, каналов, водохранилищ.
• Сейсморазведка: Создание упругих волн для изучения геологического строения земной коры (в этом случае применяются специальные сейсмические заряды с большими замедлениями).

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Повышение степени дробления породы на 15–30% по сравнению с мгновенным взрыванием.
• Снижение сейсмического воздействия на 40–70% в зависимости от количества ступеней.
• Уменьшение разлета кусков породы и улучшение формы развала.
• Снижение выхода негабаритов (крупных кусков) в 2–3 раза.
• Возможность управления направлением развала в заданную сторону.

Недостатки:

• Повышенная сложность организации взрывных работ (расчет схем, монтаж сети).
• Необходимость использования более дорогих средств инициирования (электронные детонаторы).
• Риск подбоя (преждевременного взрыва) соседних зарядов при неправильном выборе интервала замедления.
• Более высокие требования к квалификации персонала.

Интересные факты

• В СССР в 1960-х годах были разработаны уникальные методы КЗВ для массовых взрывов на карьерах, позволявшие одновременно взрывать до 1000 и более скважин.
• Оптимальный интервал замедления часто рассчитывается по эмпирической формуле: τ = K * W, где K — коэффициент, зависящий от крепости породы (обычно 3–6), а W — линия наименьшего сопротивления (расстояние от заряда до ближайшей открытой поверхности) в метрах.
• Применение электронных детонаторов позволяет снизить сейсмический эффект настолько, что взрывы в карьерах, расположенных вблизи городов, становятся практически незаметными для населения.
• В некоторых случаях, например, при взрывании особо крепких пород, используются интервалы замедления менее 10 миллисекунд, что фактически приближается к режиму мгновенного взрывания, но с улучшенным дроблением.

Источники

• Единые правила безопасности при взрывных работах (ПБ 13-407-01).
• Справочник по взрывным работам. Под ред. Б. Н. Кутузова. — М.: Недра, 1988.
• Технология и безопасность взрывных работ. В. А. Белин, А. И. Гончаров. — М.: Горная книга, 2010.
• Методические рекомендации по расчету параметров короткозамедленного взрывания. — М.: Госгортехнадзор России, 2002.