IV. Technika strzelnicza
Wymagania formalno-prawne dla nabywania i używania materiałów wybuchowych w ruchu zakładów górniczych.
Podstawowe właściwości materiałów wybuchowych.
Mechanizacja robót strzałowych w zakładach górniczych.
Strzelanie ładunkami w otworach.
Zagrożenia występujące przy robotach strzałowych i sposoby ich ograniczania.
1. Wymagania formalno-prawne dla nabywania i używania materiałów wybuchowych w ruchu zakładów górniczych.
Zakład górniczy chcąc używać MW do robót strzałowych musi:
1) uzyskać koncesję na wydobywanie kopaliny, z zaznaczeniem iż do prac związanych z wydobywaniem używane będą MW. Aby uzyskać koncesję ZG musi mieć zatwierdzoną dokumentację geologiczną oraz udokumentować prawo do terenu, na którym ma być prowadzona eksploatacja.
2) Spełniać warunki techniczne i organizacyjne określone w przepisach dla prowadzenia prac z użyciem MW, suponować potrzebnymi obiektami i urządzeniami oraz zatrudniać osoby o wymaganych kwalifikacjach. Jeżeli ZG posiada skład, to wymagana jest oddzielna decyzja do jego użytkowania.
3) Opracować, przedłożyć do zatwierdzenia Plan Ruchu
4) Sporządzić wniosek o zezwolenie na nabywanie MW wraz z wymaganiami załącznikami złożyć go do organu nadzoru górniczego. Zgoda jest udzielana na czas nieokreślony.
5) Wystąpić do ministra właściwego do spraw gospodarki o zgodę na przemieszczanie MW ( na okres 1 roku)
6) Po uzyskaniu pozwolenia na nabywanie MW zakład górniczy obowiązany jest wystąpić do organu nadzoru górniczego o zgodę na używanie konkretnych MW i sprzętu
Pozwolenie udziela się przedsiębiorcy, który
- posiada co najmniej wykształcenie średnie
- ma pełną zdolność do czynności prawnych
- nie wykazuje zaburzeń psychicznych
- nie był skazany prawomocnym wyrokiem za umyślne przestępstwo
- nie jest wpisany do rejestru dłużników niewypłacalnych
- udokumentował warunki techniczno organizacyjne
- zatrudnia osoby o wymaganych kwalifikacjach
Dot. Przedsiębiorcy innego niż osoba fizyczna:
- nie jest wpisany do rejestru dłużników niewypłacalnych
- udokumentował warunki techniczno organizacyjne
- zatrudnia osoby o wymaganych kwalifikacjach
2. Podstawowe własności MW
Badanie MW na uderzenie - określa zdolność MW do przemiany wybuchowej pod wpływem uderzenia młota o określonej masie.
Górna granica niewrażliwości – gdy w żadnej z sześciu prób nie doszło do przemiany
Dolna granica wrażliwości – najmniejsza energia w sześciu próbach gdzie zaszła co najmniej jedna przemiana
Górna granica wrażliwości – najmniejsza energia w sześciu próbach gdzie zaszło wszystkie sześć przemian
Spalanie MW – obserwuje się rodzaj spalania lub wybuchu, efekty temu towarzyszące względem porównawczego MW. Badanie to przeprowadza się także w stalowej misie, a zasady są identyczne:
Napełnić pojemnik MW
Rozpalić ogień
Ułożyć pojemnik w górnej części ogniska
Określić czas spalania, deformację pudełka po spalaniu, oraz inne zjawiska
Gęstość – wraz z gęstością prędkość detonacji rośnie ale maleje wrażliwość MW
D(ro) dla MW opartych o związki chemiczne i dla MW mieszaninowych
Prędkość detonacji – badanie polega na pomiarze prędkości fali detonacyjnej przez określony odcinek MW. Dla ANFO 3000 – 4000 m/s; amonity 4000 – 6000 m/s; karbonity 3000 m/s; pentryt 8000 m/s
Średnica krytyczna – najmniejsza średnica przy której badany MW detonuje
Przeniesienie detonacji – największa odległość między ładunkami aby zaszła detonacja obu ładunków przy odpaleniu jednego ładunku
Względna zdolność do wykonywania pracy – oznaczana na wahadle balistycznym. Detonujemy 10 g. MW i sprawdzamy odchylenie wahadła. MW wzorcowy to heksogen. Jednostka to %
Zdolność do wykonania pracy (Próba Trauzla) – miarą jest przyrost objętości otworu bloku ołowianego spowodowany detonacją 10 g MW. Materiałem wzorcowym jest kwas pikrynowy powodujący wgniecenie do 310 cm3
Kruszność - zmiana wysokości cylindra ołowianego przed i po detonacji. Metoda pozwalająca jedynie porównawczo określić kruszność MW względem TNT co powoduje że nie może być uznana za metodę badawczą.
Wodoodporność – polega na próbie zdetonowania trzech wilgotnych ładunków
Wykonać nacięcia na długości 20 mm na każdym z ładunków
Włożyć ładunki do wody na 3 h
Wyłowić ładunki i na placu strzelań uzbroić w zapalniki
Odpalić i sprawdzić który MW zdetonował
Zawartość gazów postrzałowych – polega na sprawdzeniu zawartości gazów takich jak COx NOx
Umieścić ładunek w rurze
Odpalić i pozwolić mieszać się gazom przez 5 minut
Pobrać próbki
Mierzyć stężenie gazów przez 20 minut
Przeliczyć stężenie gazów na jednostki masy MW
Stałość chemiczna (próba Abla) – polega na podgrzaniu MW w ściśle określonej temperaturze. Miarą stałości jest czas mierzony w minutach, który upłynął od chwili umieszczenia próbki w aparacie do chwili pojawienia się na papierku zabarwienia odpowiadającego wzorcowi
3. Mechanizacja robót strzałowych
Samobieżne systemy mieszalniczo załadowcze przewidziane są do produkcji MW emulsyjnych bezpośrednio na miejscu ich stosowania oraz do ładowania do otworów strzałowych.
Systemy mieszalniczo-załadowcze zabudowane są na podwoziach samochodów ciężarowych. Do niekwestionowanych plusów takiego rozwiązania należy fakt iż po drogach publicznych i kopalnianych przewożone są komponenty niewybuchowe.
Komponenty przewożone w oddzielnych zbiornikach. Mieszanie następuje bezpośrednio przed załadunkiem. Zmieszane komponenty nie wracają z powrotem do samochodu. Podczas procesu mieszania następuje uczulenie MW (chemiczne/fizyczne). Następnie uczulona mieszanka jest pompowana do otworu strzałowego (emulsyjne MW mogą być ładowane do otworów suchych i mokrych). Po załadowaniu mieszanka osiąga właściwości MW.
Dzięki powyższej technologii zachowane jest maksimum bezpieczeństwa podczas pracy z MW.
System UMS
System UMS łączy w sobie system RP, SMS i MLS. Zzamontowany jest na trójosiowym podwoziu samochodu ciężarowego. Służy do produkcji MWE oraz ANFO wg. Systemu Mac Kissic. Dodatkowo można produkować MW Heavy ANFO.
Oddzielnie produkowany MWE podawany jest do mieszalnika statycznego gdzie jest mieszany z MW ANFO. Mieszalnik statyczny zakończony jest rurą załadowczą którą umiejscawia się bezpośrednio nad otworem strzałowym, tak aby materiał po wymieszaniu był od razu podany do otworu strzałowego.
Co istotne MWE i ANFO są ladowane do otworów wężami o średnicy wewnętrznej mniejszej niż średnica krytyczna danego MW. Długość węzy wynosi dla ANFO 15 – 30 m. oraz 40 – 80 m. dla ANFO. Podczas ładowania MWE inżektor wodny umieszczony na wlocie wytwarza na ściankach film wodny obniżający ciśnienie. Węże nawinięte są na kołowroty zaopatrzone w napędy hydrauliczne, umożliwia to automatyczne wyciąganie węża.
System składa się ze zbiornika emulgatora/oleju, zbiornika roztworu azotanów, zbiornika oleju dla ANFO, zbiornika azotanu amonu, zbiornika aluminium oraz urządzenia sterującego i ładującego. Załadowanie zbiorników zapewnia wytworzenie 7 ton ANFO i 7 ton MWE lub 14 ton Heavy ANFO. Proces jest sterowany komputerowo za pomocą pulpitu kontrolnego. Wszystkie parametry są dostępne na pulpicie. System zapisuje stany licznika wytworzonego MW.
Pojemność systemu wynosi od 7 do 10 ton. Wydajność urządzeń pompujących wynosi od 50 do 150 kg/min.
Zalety systemów mieszalniczo-załadowczych:
Brak nakładów na opakowania
Nie ma koniczności utrzymywania składów MW
Brak zwrotów
Skrócony czas ładowania
Dzięki homogeniczności wymieszania otrzymuje się minimalną ilość szkodliwych gazów
MWE są wodoodporne i nie mieszają się z wodą gruntową
Brak bezpośredniego kontaktu pracowników z materiałem
System RP-T
Urządzenie mieszalniczo – załadowcze typu RP-T jest przeznaczone do wytwarzania MWE i załadunku otworów w zakładach górniczych niewęglowych i niemetalowych.
System pompuje emulsję uczuloną zarówno chemicznie jak i fizycznie. W przypadku uczulania mikrosferami ładowany jest gotowy materiał.
W przypadku uczulania chemicznego matryca i i uczulacz są mieszane tuż przed załadowaniem. Powstały materiał jest zdolny do detonacji dopiero po kilku minutach po załadowaniu do otworu.
Urządzenie jest całkiem niezależne i posiada własny elektrohydrauliczny układ zasilania. Urządzenie przystosowane do zabudowy na wozie.
Zalety systemu:
Wyeliminowanie transportu MW ze składu na przodek
Skrócenie czasu ładowania w porównaniu do ładowania ręcznego
Stososowanie MW uczulających się po określonym czasie
Możliwość zastosowania w otworach zawodnionych
Zwiększenie objętości MW po załadowaniu gwarantuje wypełnienie całego otworu
Uproszczona dystrybucja i ewidencja MW
4. Strzelanie ładunkami w otworach.
OTWORY KRÓTKIE
Za otwory krótkie uznajemy te których głębokość nie przekracza 6 m. Przy wierceniu otworów stosuje się te same wiertnice co przy strzelaniu długimi otworami lub nieco mniejsze. Otwory wierci się w miarę możliwości prostopadle do uwarstwienia lub pod niewielkim kątem. Jeżeli otwory są odchylone od pionu więcej niż 20° to wymagane są większe strefy rozrzutu (podobnie jak przy długich otworach). Głębokość otworów przyjmuje się odpowiednią do budowy calizny. Jeżeli nie występują wyraźne powierzchnie oddzielności to stosujemy przewiert o długości stanowiącej 15% długości otworu, lub gdy takie płaszczyzny są obecne to stosujemy niedowiert o długości też 15% długości otworu.
Zabiór dla otworów pionowych to około połowa głębokości otworów; w skałach trudno urabialnych 25 do 30 średnic d, w średnio urabialnych 30 do 40 średnic d i łatwo urabialnych 40 do 50 d. Dla otworów poziomych zabiór przyjmowany jest w granicach od 0,3 do 0,6 H (grubości urabianej warstwy).
Odległości między otworami zależą od powierzchni odsłoniętych.
Dla jednej:- natychmiastowe – od 0,2 do 0,8 zabioru,- milisekundowe – od 0,5 do 1 zabioru
Dla dwóch:- natychmiastowe – 0,8 do 1,4 zabioru,- milisekundowe – 1,2 do 2 zabiorów
Dolne wartości dotyczą skał trudno urabialnych, a górne łatwo urabialnych.
Odległości między szeregami otworów to od 0,7 do 1 zabioru.
Wielkość ładunku określana jest z zależności - jest to wzór objętościowy.
Zużycie jednostkowe powinno uwzględniać zarówno zużycie MW jak i miejscowe warunki.
Najlepszym źródłem informacji są inne strzelania w podobnych warunkach które miały już miejsce. Jeśli nie mamy takiej możliwości to q musimy wyliczyć przy czym wielkości powinny być jednoznacznie mierzalne (chodzi tu głównie o wsp. stosowane przy wzorach).
Wzór Minerski dla otworów krótkich i dla zabiorów od 1 do 3 m .
OTWORY DŁUGIE.
Strzelanie w otworach długich odbywa się w oparciu o dokumentacje strzelania. W zasadzie dokumentacja jest to pierwsze strzelanie i jeżeli się warunki powtarzają to może dotyczyć wielu strzelań. Co powinna zawierać dokumentacja strzałowa i metryka jest zawarte w normach.
PODSTAWOWE METODY STRZELAŃ W OTWORACH DŁUGICH:
Otwory wiercone są przede wszystkim równolegle do ociosów.
H – wysokość ściany Z – zabiór, Zo – zabiór obliczeniowy, alfa - kąt nachylenia ociosów,
l- długość otworu, lmw – długość MW, lp – długość przybitki, lpw – długość przewiertu.
średnica otworów od 90-120 (max. 130) [mm],
- wysokość pięter od 15-20 (25) [m] – w strzelaninach inżynieryjnych będzie zależało od tego na jakiej głębokości,
- przewiert stosuje się bo powstaje próg przy spągowy a jeżeli następuje przewiert to powstają miejsca pokruszone i przez to unika się szczelań wtórnych. Przewiert to 10-12 średnic otworu lub 1/3 zabioru. Powinien on mieć taka długość jaka jest konieczna aby uniknąć progów przyspągowych,
- przybitkę wykonuje się najczęściej z materiału różnoziarnistego ale nie powinien on być o średnicy > 5 [mm] i nie powinien być ostrokrawędziowy bo przy zagęszczaniu może uszkodzić linie strzałową. Długość przybitki jest równa zabiorowi ale nie mniejsza niż 0,75 zabioru jeżeli trzeba zmniejszyć,
- w strzelaninach eksploatacyjnych kąt nachylenia ociosów i otworów mieści się w przedziale 75-80o. Jeżeli otwór będzie bardziej pochyły to znaczna część energii będzie zużywana na podniesienie skał s tu chodzi o kruszenie a nie podrzut,
- zabiór obliczeniowy to pozioma odległość od dolnej krawędzi skarpy do osi otworu,
- ładunki udarowe w tym samym otworze łączy się równolegle gdyż zależy nam na pewności zainicjowania
SIATKA OTWORÓW STRZAŁOWYCH :
Siatka otworów trójkątna : b=0,78a, Siatka otworów prostokątna : b=0,78a
a- odległość między otworami w szeregu, b- odległość między szeregami otworów.
Kolejność detonacji ładunków jest tak ustalona aby wcześniejsza detonacja utworzyła dodatkową powierzchnię odsłoniętą dla kolejnych. Dąży się do tego aby większość ładunków detonowała przy przynajmniej trzech powierzchniach odsłoniętych.
5. Zagrożenia występujące przy robotach strzałowych i sposoby ich ograniczania.
Do podstawowych zagrożeń mających miejsce przy robotach strzałowych w górnictwie zaliczamy:
Rozrzut odłamków
Rozrzut odłamków jest naturalnym zagrożeniem, jakie powstaje przy prowadzeniu wszelkich prac strzałowych. Zagrożenie to bywa z reguły najpoważniejszym zagrożeniem, a jego minimalizacja lub eliminacja w określonych przypadkach jest kosztowna, praco- i materiałochłonna. Jedynym skutecznym sposobem ochrony jest wyznaczenie tzw. stref bezpieczeństwa typowych dla różnych metod strzelań. Dla długich otworów jest to 200m, a nawet i więcej.
Strefy takie w niektórych przypadkach mogą być zwiększone. Zmniejszenie stref jest trudniejsze i wymaga zatwierdzenia przez odpowiedniego rzeczoznawcę.
Drgania parasejsmiczne
Detonacja ładunku MW w dowolnym ośrodku wywołuje powstanie w nim określonych naprężeń . Na charakter naprężeń (amplituda, przyśpieszenie, częstotliwość) mają wpływ parametry typu: odległość od miejsca detonacji, parametry tworzywa w którym działamy, właściwości stosowanego MW, kształt i kierunek frontu robót w stosunku do chronionego obiektu itp. Drgania te są szczególnie niebezpieczne dla obiektów takich jak np. budowle. Sposoby ochrony polegają na wyznaczaniu stref ochronnych, choć dla niektórych zakładów może się to okazać niewystarczające i wówczas należy założyć stałe stacje monitoringu drgań. Należy pamiętać że każde warunki złożowe mają inne wymagania i parametry.
Toksyczne składniki produktów wybuchu
Zagrożenia tego typu wynikają z chemizmu samych materiałów wybuchowych. Składnikami toksycznymi w MW są: trójnitrotoluen (trotyl, TNT), dwunitrotoluen (DNT), nitrogliceryna, nitroceluloza, nitroglikol. Jedynym sposobem ochrony terenu jest ich ograniczanie w stosowaniu.
Zapylenie
W warunkach górniczych jest trudne do wyeliminowania czy też zwalczania. Można to robić jedynie na etapie wierceń górniczych. Chcąc uniknąć zapylenia bądź ograniczyć jego wymiar należy prowadzić strzelania w warunkach możliwie jak najbardziej bezwietrznych bądź stosunkowo stabilnych.
5) Hałas
Podobnie jak zapylenie jest trudny do zwalczania. Można to robić poprzez dobór odpowiednich wielkości ładunków MW i ich odpowiedniej inicjacji. Również technologia prowadzenia robót strzałowych ma tu duże znaczenie. Np. strzelanie przy użyciu lontu detonującego jest stosunkowo głośne.
Gazy odstrzałowe
W czasie detonacji MW wytwarzają się gazy postrzałowe, które rozprężają się do ciśnienia atmosferycznego i temperatury otoczenia. Początkowo gazy te pod wysokim ciśnieniem, podczas wykonywania kruszenia rozszerzają się i dostają do otoczenia ze znaczną prędkością. Połączone to jest z podmuchem i ciśnieniem akustycznym. Te parametry mogą doprowadzić do uszkodzeń w otaczających budynkach szczególnie przy prowadzeniu prac wyburzeniowych. Można ograniczyć ich ilość poprzez dobór odpowiednich proporcji składników mieszanin MW.