ГДШ - уникальная перспектива добычи блоков

Технология клина насчитывает не одну тысячу лет - от деревянных клинышков, набухающих при смачивании водой, и заморозки воды в шпурах, через этапы применения механических и гидравлических клиньев, до невзрывчатых расширяющихся составов - всё это этапы большого пути обеспечения сохранности камня при добыче.

Однако, разработанные со времён изобретения пороха взрывные технологии демонстрировали столь высокую производительность и экономическую эффективность, что с издержками по частичному нарушению целостности природного камня при воздействии на него ударной волны взрыва вынужденно мирились.

К концу XX в. начало складываться впечатление, что клин обречён на полное отстранение от процесса добычи природного камня, оставаясь востребованным лишь для пассировки блок- заготовок, получаемых взрывным способом. Однако эволюционное совершенствование добычных процессов привело к идее использования в качестве клина новой системы - газодинамического клина.

Газодинамический клин - это способ мягкого откола горных пород. Для реализации данного способа освоено производство газогенераторов давления шпуровых ГДШ (ТУ 7275-002- 46242932-2002).ГДШ представляет собой быстрогорящий пиротехнический патрон местного приготовления, который состоит из пластмассового цилиндрического контейнера, заполненного окислительным составом, и электровоспламенительного устройства (ЭВУ).Следует отметить, что контейнеры с окислителем и электровоспламенительные устройства (ЭВУ) не относятся к категории взрывчатых материалов и не могут быть использованы в криминальных и террористических целях. На открытой поверхности при атмосферном давлении даже после подачи напряжения на контакты ЭВУ снаряжение ГДШ не воспламеняется. Продолжительный нагрев источником открытого пламени инициирует горение снаряжения ГДШ с линейной скоростью 1 мм/сек.

Заправленные дизельным топливом (ДТ) патроны ГДШ размещают в шпурах, свободное пространство которых заполняется песчано-гравийной смесью. При подаче тока на последовательно соединенные ЭВУ в условиях замкнутого объема воспламеняется смесь ДТ с окислителем ГДШ и за доли секунд без образования ударной волны достигается давление газообразных продуктов сгорания в плоскостях шпуров, превышающее предел прочности камня.

После образования трещин откола устремившийся в них газ, подобно воздушной подушке, приподнимает и отодвигает на 0,2-0,5 м обуренный блок. Причем, при таком сотрясательном отрыве происходит раскрытие сросшихся природных трещин в получаемых блок-заготовках. Важно, что в зонах контакта камня с ГДШ не образуется наведенной микротрещиноватости и пожогов, характерных многим из применяемых ныне взрывчатых материалов.

Электровоспламенительные устройства (ЭВУ) для ГДШ обеспечивают высокую первоначальную скорость нарастания рабочего давления, что гарантирует синхронность работы всех заряженных ГДШ. Важно отметить, что безопасный ток ЭВУ в полтора раза больше, чем у электродетонаторов ЭД- 8, и в четыре раза больше, чем у электровоспламенителей МБ-2Н, применяемых ныне при добычных работах.

От первых полигонных испытаний быстрогорящих бинарных составов, проведенных совместно со специалистами РНЦ «Прикладная химия» в 1998 г., до получения в марте 2004 г. разрешения Госгортехнадзора РФ № РРС 04-11424 на применение ГДШ ТУ 7275- 002-46242932-2002 выполнены сотни экспериментальных отколов на карьерах Заполярья*, Карелии, Башкирии, Урала и Дальнего Востока России, а также в Украине. Всего в ходе отработки ГДШ добыто свыше 25000 м3 горной массы.

Особенно впечатляющие результаты были получены при формировании новой, не имеющей аналогов в мировой практике, технологии добычи блоков в Карелии для отработки месторождения габбро-диабазов, имеющих высокую степень природной трещиноватости. Коэффициент удельной трещиноватости варьировался от 1,2 до 2,6 м/м2 при наличии в массиве до четырех систем трещин с разбросом азимутов падения до 15° в каждой из систем.

На первом этапе ведения горных работ были применены гидравлические клиновые установки “Орлёнок 3- М”, способные создавать рабочее усилие до 500 т. На втором - для увеличения производительности использовались дымный порох, “Гранилен” и ДШ. При увеличении высоты рабочего уступа с 3 до 4 м разрушительное действие пороха стало приводить к значительным потерям делового камня, а использование ДШ и “Гранилена” хотя и позволяло формировать трещину откола, но создавало значительные затруднения в разборке отколотого монолита, т.к. не приводило к требуемой дезинтеграции массива.

Осенью 1999 г. в горизонтальные шпуры были впервые заряжены ГДШ. Выход малогабаритного окола уменьшился на 15-20%, производительность по разборке горной массы возросла на 50%, шаг бурения был увеличен с 15-20 см до 30-40 см. В связи с тем, что в плоскости откола блока от массива уменьшилась зона разрушения, была увеличена высота рабочего уступа - от 4-5 м на восточном фланге до 8-9 м в центре забоя. При этом удельный расход бурения снизился до 0,9-1,2 м/м3, а в составе отделяемых массивов появились блоки I - II групп. Общий выход товарных блоков достиг 60%. В результате внедрения ГДШ карьер превратился в высокорентабельное предприятие.

Необходимо подчеркнуть, что сама идея выполнения дезинтеграции трещиноватого массива по горизонтальной строчке шпуров не могла быть реализована в полной мере без появления такого средства, как ГДШ. Сотрясательная дезинтеграция достаточно больших объёмов горной породы возможна именно за счёт создания резкого, но безударного роста давления газов внутри шпуров.
На месторождении габбро-анартозитов в Житомирской обл. Украины применение ГДШ позволило изменить систему отработки запасов в условиях наклонного залегания пластов различной мощности. В июле 2000 г. карьер добыл 220 м3 блоков III-VI групп, а в августе при испытании ГДШ было получено 290 м3 блоков I-III групп. Плавное смещение субгоризонтальных пластов по падению позволило добыть монолиты с параметрами до 30-35 м2 по площади при толщине пластов в1,  2-2,4 м.
Применённая на этом месторождении технологическая схема отличается от той сотрясательной дезинтеграции, которая была внедрена на месторождении в Карелии, но обе системы добычи невозможны без применения ГДШ.

Значительный экономический эффект был получен при внедрении ГДШ при разбортовке тонкослоистых массивов на уральских место-рождениях гранитов. Применение ГДШ позволило отказаться от нарезки щелей огневым способом, т.к. появилась возможность отработки запасов по принципу "3-х свободных поверхностей".

Специалисты горняки на всех карьерах, где были апробированы ГДШ, отмечали еще одно из его достоинств возможность оперативного удаления "замков", "заколов" и ускоренной про-ходки участков с тектоническими нарушениями. Это преимущество ГДШ перед штатными ВВ обусловлено его абсолютной безопасностью и невозможностью использования вне шпура, в связи с чем комплектующие ГДШ могут храниться непосредственно на карьерах, а его применение не требу-ет привлечения специализированной подрядной организации.

В ходе испытаний за один прием от скального массива отделялось от 2 - 3 до 1500 м3 горной массы с одновременным вскрытием природных трещин. Отделение проводилось как по одной, так и по трем плоскостям. Установлено, что удельный расход окислительной композиции в среднем в 2 раза меньше, чем при использовании дымного пороха.

Отсутствие ударной воздушной волны и минимизация разлёта осколков до величин 10-15 м позволяют существенно снизить временные и материальные затраты, связанные с выводом техники из карьера, по сравнению со взрывными способами.

Исследования, проведенные ФГУП НИИ «Гигиены, профпатологии и экологии человека» (г. Санкт-Петербург), установили, что применение ГДШ для добычи блочного камня в карьерах является безопасным в токсиколого-гигиеническом отношении.
Разрешение Госгортехнадзора РФ на применение ГДШ для откола горной породы при добыче блочного камня, совпавшее по времени с освоением производства газогенераторов, представляет уникальный шанс реального снижения себестоимости добычи с одновременным улучшением качества товарной продукции на карьерах блочного камня