Технологии проведения взрывных работ

Открытую горную выработку, где добыча идёт вовсе без взрывных работ, нам доводилось видеть всего однажды: на Тарадановском базальтовом каменном карьере достаточно работы экскаваторов. А вот на Краснобродском угольном карьере взрывы гремят по несколько раз в день.

Во-первых, это огромный объект, здесь добывают 7,5 млн тонн угля в год. А во-вторых, здесь очень большой коэффициент вскрыши: на 1 тонну угля приходится 11 тонн пустой породы.

«Есть некоторое количество месторождений, которые удаётся отработать просто механическим способом, то есть с помощью экскаватора. Но на подавляющем большинстве объектов для разуплотнения пород необходимы взрывные работы. Так, металлы, как чёрные, так и драгоценные, как правило, залегают в породах большой крепости — тут ковш экскаватора бессилен», — говорит менеджер по продажам ООО «ЕвроХим Трейдинг Рус» Александр Котляров.

Взрыв в карьере по инструкции

Впрочем, несколько взрывов на карьере в сутки — это тоже, скорее, исключение, чаще речь всё-таки идёт о ежедневных или даже еженедельных работах. Периодичность ведения БВР зависит от многих факторов: производительности выработки, её глубины, парка оборудования и так далее.

«Как правило, на больших карьерах взрывные работы производятся один день, раз в неделю. Они могут идти и ежесменно, но это обусловлено количеством рабочих забоев, а также необходимостью проводить селективную выемку горной массы, обеспечивая определённый химический состав сырья», — поясняет технический директор «ЮжУралВзрывпром» Анатолий Малакичев.

«В настоящее время все крупные горные предприятия стараются минимизировать количество взрывных дней для сокращения простоя техники. В зависимости от крупности карьера это может быть один день в неделю, а может быть один день в месяц», — уточняет руководитель производственно-технического отдела ООО «АЗОТТЕХ» Виктор Жуликов.

Почему минимизировать? Да потому что взрыв — это целое дело. Несмотря на то, что сегодня технологии шагнули вперёд, взрыв есть взрыв. Как поясняет Анатолий Малакичев, подготовка и сам процесс зарядки скважин может занять и одну смену, и несколько дней — смотря какой объём предполагается одновременно взрывать. При зарядке скважин вводится понятие «запретная зона» (по периметру блока, плюс 20 см к крайней скважине).

Существует непреложное правило: в «запретной зоне» может находиться только взрыв-персонал — ни других людей, ни техники тут быть не должно, для этого на объект даже заводят охрану. Остальные участки карьера при этом продолжают работать.

«Далее весь персонал выводят из карьера, техника и оборудование отъезжают на безопасное расстояние. Если техника мобильная, такая задача решается просто и быстро. При использовании электрооборудования ещё требуется демонтаж электросетей. Руководитель взрывных работ, лично убедившись, что все люди и техника выведены за пределы опасной зоны, даёт команду старшему взрывнику произвести взрыв», — описывает процесс специалист «ЮжУралВзрывпром».

«После определённого промежутка времени в зависимости от размеров и глубины карьера взрывники допускаются к осмотру взорванного блока. После осмотра и уведомления руководителя взрывных работ о том, что отказов не обнаружено, подаётся сигнал «отбой», — продолжает Виктор Жуликов.

Не раньше чем через 30 минут после взрыва специалисты проводят замер воздуха — проверяют, нет ли отравляющих газов. Если всё в порядке, концентрация не превышена, люди и машины возвращаются в карьер.

Специалисты отмечают, что остановка для производительности карьера некритична: это работы плановые, а время взрывных работ многие предприятия по-хозяйски используют для обслуживания техники и оборудования. Однако в любом случае, взрывные работы — процесс трудоёмкий и затратный, поэтому принципиально, чтобы он шёл с максимальной эффективностью.

Виктор Жуликов, руководитель производственно-технического отдела ООО «АЗОТТЕХ»:

«Сам процесс БВР я бы не назвал консервативным, а вот людей, работающих в этой сфере, — пожалуй. Есть научные и технологические компании, которые всегда что-то изобретают, но взрывники, работающие на предприятиях, в основном скептически относятся ко всем нововведениям, однако, когда они уже привыкли к новшествам и эти новшества доказали свою эффективность, обратно уже не вернёшься, к привычным методам».

Куда расти?

Специалисты говорят, что технологию взрывных работ вряд ли можно считать площадкой для инноваций — сама технология довольно консервативна.

«Сказать по правде, 50 лет взрывали тем же что и сейчас — окислитель и горючее, тут сложно придумать что-либо новое. Основные инновации на рынке сегодня — это средства инициирования: проводные, ударно-волновые и беспроводные. В общем и целом, во взрывном деле очень востребованы все разработки, повышающие точность, безопасность и увеличивающие степень механизации взрывных работ», — комментирует ситуацию Виктор Жуликов.

«На данное время инновация и оптимизация уже прошла. Главное во взрывных работах — это безопасность, но при этом — максимальное качество работ», — расставляет приоритеты Анатолий Малакичев.

Однако специалисты всё же сходятся в том, что определённые точки роста в технологии есть. Так, смесительно-зарядные машины становятся всё более точными и «умными». Как работает современная СЗМ, нам продемонстрировали специалисты «АЗОТТЕХ» на выставке Mining World Russia — такую технику «живьём» компания представила на своём стенде.

«Компоненты смеси для взрыва помещают в бункеры, смешивание идёт внутри самой машины. В самом процессе зарядки скважин участвуют два человека: оператор и взрывник. Первый направляет машину, подъезжает непосредственно к скважине — настроено высокоточное позиционирование. В кабине установлен монитор, на нём оператор видит изображение с камеры, контролирует рабочий орган.

Взрывник направляет его на скважину, включается разводка барабана, шланг опускается вниз на глубину 20-30 м. Далее выгружаем ВВ, сматываем шланг, перемещаем машину к следующей скважине и повторяем процесс. Данная СЗМ позволяет механизировать зарядные операции и вести учёт изготовленных и заряженных ВВ», — описывает технологию заместитель руководителя направления специального оборудования «АЗОТТЕХ» Людмила Агеенко.

Однако даже сами производители СЗМ отмечают, что главный участник взрывных работ — это даже не машина, а ВВ, которое в эту машину будет загружено. По словам Людмилы Агеенко, 90% успеха взрыва — это качественные характеристики взрывчатого вещества.

Анатолий Малакичев, технический директор ООО «ЮжУралВзрывпром»:

«Программного обеспечения всего процесса производства БВР, на данный момент, не существует, т. к. технологические процессы сложно увязать в общую цепочку.

Речь идёт о большом объёме информации: а) геология месторождения; б) маркшейдерское обеспечение карьера; в) производство буровых работ; г) взрывные работы — осуществление расчета на конкретном блоке.

Позиции «а», «б», «в» можно объединить маркшейдерской программой, которая, принимая во внимание геологию месторождения и технологию производства БВР, может выдать оптимальные параметры БВР, которые участвуют в расчёте взрывных работ.

Позиция «г» присутствует на каждом предприятии, производящем взрывные работы, у них есть своя простая программа для производства расчётов. А вот такой программы, чтобы специалист внёс проектируемые данные и, нажав кнопку машины, получил конечный результат (проект на взрыв), не существует во всём мире и, скорее всего, в ней нет потребности. Уйти от человеческого фактора здесь не получится.

По сей день наряд-путёвка на взрывные работы выписывается вручную, а не на компьютере. Данное обстоятельство связано с безопасностью и учётом взрывчатых материалов».

Какие взрывчатые вещества сейчас используют?

ВВ сегодня продолжает совершенствоваться. Хотя революция в этой отрасли свершилась уже много десятилетий назад, когда динамит и тротил во взрывных работах сменил нитрат аммония, он же аммиачная селитра. Этот вариант взрывчатого вещества не только безопаснее и эффективнее, но и экологичнее — аммиачную селитру активно используют ещё и как удобрение, то есть для природы она не опасна.

«Основным окислителем является аммиачная селитра, и более дешевого окислителя никто пока не придумал. Формы её применения менялись, были и жидкие, и твёрдые, и порошкообразные, и гелевые, сейчас наибольшее распространение получили эмульсии типа вода в масле», — отмечает Виктор Жуликов.

Тротил-содержащие ВВ, можно сказать, ушли в прошлое — за исключением редких случаев. Сегодня ещё встречаются предприятия, которые продолжают использовать утилизированные боеприпасы для разуплотнения горных пород.

Технология дешёвая, если не сказать бесплатная, однако об эффективности и безопасности тут говорить просто не стоит: предсказать, как сработает такое ВВ, да ещё и вышедшим сроком годности, невозможно.

Людмила Агеенко уже упоминала, что смесь для взрыва готовится непосредственно в смесительно-зарядной машине. Это важная особенность взрывчатого вещества на основе аммиачной селитры, ведь и хранятся компоненты по отдельности. Простейший вариант такого ВВ — игданит — состоит из аммиачной селитры и ДТ.

По отдельности эти компоненты существенно безопаснее тротила, а значит, проще в хранении. Нет, селитра не такая белая и пушистая, как можно прочитать на некоторых рекламных плакатах, и события в Бейруте — яркое тому подтверждение. Однако переход на селитренные ВВ — огромный шаг вперед.

«Изначально для изготовления ВВ использовали обычную гранулированную селитру — ту же самую, что применяют как удобрение в сельском хозяйстве. Но такой окислитель плохо впитывает в себя топливо: добро, если несколько процентов того же ДТ впиталось.

В итоге мы имеем ухудшение детонационной способности соединения, плюс ухудшение экологических характеристик, поскольку нарушается кислородный баланс», — рассказывает Александр Котляров.

Чтобы исправить эту ситуацию, производители начали разработку различных видов пористой селитры. С точки зрения химии это то же самое соединение, однако в процессе производства в жидкий расплав селитры добавляют пенообразующие компоненты, чтобы «запереть» частички топлива внутри.

«Пористая селитра представляет собой гранулы размером примерно 2 мм. Их внутренняя структура напоминает губку, и в эти ячейки впитывается топливо, распределяется оно равномерно. Идея в том, чтобы удержать топливо внутри, чтобы оно не стекало по стенкам нашей ёмкости. Таким образом мы получаем более предсказуемое ВВ: если это решение типа игданит, то там 94-95% селитры и 5-6% ДТ», — продолжает специалист «ЕвроХим».

Ну и следующая «ступень эволюции»  — это замещение простейших игданитовых ВВ эмульсионными взрывчатыми веществами.

«Простыми словами — это пенистая структура с правильными ячейками. Роль ячеек в данном случае выполняет органическое топливо, а внутри располагаются шарики аммиачной селитры. Такая структура, помимо равномерного распределения компонентов, даёт ВВ ещё одно важное свойство — водоустойчивость», — говорит Александр Котляров.

«Конечно же, процесс совершенствования ВВ продолжается. Игнорировать существующие тренды — значит просто закрываться от мира. Безусловно, все предприятия заинтересованы в том, чтобы с наименьшими затратами и наименьшим объёмом ВВ взорвать как можно больше горной массы. При этом поменьше навредить природе и минимизировать риски при хранении и использовании материалов», — заключает г-н Котляров.

Заглянуть под землю

Совершенствование ВВ — это одно из направлений взрывной эволюции. Однако хорошо бы ещё знать оптимальный объём этого самого ВВ для каждого объекта. Но для этого придётся заглянуть под землю — в прямом смысле слова.

«Чтобы спроектировать взрыв, нужно точно знать, что именно будет взрываться. И горная добыча сталкивается с полной неопределённостью в отношении объекта разработки. Ведь объекты заложены природой, а это самый свободный проектировщик.

И следить за всеми этими неоднородностями можно только с помощью цифровых технологий. Без них взрывы производят максимально тиражно, на основании «средней температуры по больнице». А вот как подобрать заряд более точно, под конкретные условия?

Эту задачу мы сегодня и решаем с помощью нашего оборудования», — рассказывает генеральный директор ОсОО Blast Maker Виталий Коваленко.

Информации о структуре конкретного забуриваемого блока созданный Blast Maker программно-аналитический комплекс получает в реальном времени от контроллера, установленного на буровом станке. Данные с 12-15 датчиков по 20 параметрам бурения интегрируются в единую базу данных.

В результате информация о прочностных свойствах массива горных пород, которая раньше была недоступна глазу, становится доступной и складывается в цифровую модель месторождения. На ней видна структура блока и прочность породы в конкретном участке. Последний параметр обозначается, например, цветом: чем темнее — тем выше прочность горной породы.

«Эту цифровую модель видит взрывник, с помощью полученных данных он может прогнозировать качество дробления пород взрывом. Вот здесь, скажем, где тёмный участок, для разрушения пород понадобится больше энергии, а вот здесь совсем светлый, можно вообще воздушный стакан поставить — сам рассыплется. Главное — процесс становится управляемым, а это и есть задача любой цифровизации», — показывает примеры готовых цифровых моделей Виталий Коваленко.

Когда компания реализовывала один из первых своих проектов (работы велись на Тугнуйском разрезе СУЭКа), скептики объясняли улучшенные результаты взрывных работ банальным увеличением объёма ВВ. Однако данные статистики показали: за год система сэкономила 16% взрывчатого вещества.

А за три года планомерной работы экономия от внедрения оборудования, по подсчётам самого добывающего предприятия, составила 510 млн рублей. Это комплексный эффект от оптимизации БВР: здесь повышение производительности и труда буровика, и бурового станка за счёт мониторинга режимов бурения, и уже упомянутое сокращение расхода ВВ.

«Мы были пионерами этой технологии, сегодня есть компании, которые её повторили. Однако сегодня она внедрена далеко не повсеместно. Когда на одном из объектов компании руководство уже оценило эффекты, решение тиражируется.

Так было в СУЭКе, в «Полиметалле», где мы установили программно-аппаратный комплекс на всех разрезах компании, а после по их просьбе запустили ещё и решение для подземки. Но на тех предприятиях, где мы ещё не работали, сохраняется скептическое отношение: просят и рассказать, и показать.

Мы к этому относимся с пониманием, соглашаемся на тестовые запуски», — заключает Виталий Коваленко.

Текст: Анна Кучумова