Pobierz pełna wersję artykułu

Transkrypt

71
CUPRUM nr 4 (69) 2013, s. 71-81
___________________________________________________________________
Witold Pytel1), Piotr Mertuszka1), Bogusław Cenian2)
Zastosowanie elektronicznych systemów inicjacji
ładunków MW w profilaktyce tąpaniowej
w warunkach kopalń LGOM
Streszczenie
W artykule przedstawiono zastosowanie zapalników elektronicznych w systemach inicjacji
ładunków MW wykorzystywanych w profilaktyce tąpaniowej. W pierwszej części pracy zaprezentowane zostały dostępne obecnie na rynku systemy inicjacji elektronicznej, które mogą
być zastosowane w podziemnych zakładach górniczych. W dalszej części dokonano przeglądu literatury dotyczącego modelowania postrzałowej fali sejsmicznej oraz inicjacji ładunku
MW.
Słowa kluczowe: technika strzałowa, zagrożenia geomechaniczne w kopalniach podziemnych
The use of electronic initiation systems of explosives in rockburst prevention in LGOM’s mines conditions
Abstract
The paper describes the use of electronic initiation systems of explosives in rockburst
prevention. The first part presents electronic initiation systems which are currently available
on the market and may be used in underground mines. In the following text, a review of the
literature on modeling of blasting wave propagation and initiation of explosives have been
analyzed.
Key words: blasting technique, geomechanical hazards in underground mines
Wstęp
W sytuacji gdy eksploatacja złóż rud miedzi w kopalniach LGOM prowadzona
jest na coraz większych głębokościach i w coraz trudniejszych warunkach geologiczno-górniczych, należy liczyć się ze wzrostem zagrożenia geomechanicznego,
w szczególności związanego ze skłonnością górotworu do wyrzutów skał i mającego
swoje podstawowe źródło w większych wartościach składowych tensora naprężeń
pierwotnych, ale i mniejszej odkształcalności i większej wytrzymałości skał otaczających głębokie złoże. Dlatego też jednym z kluczowych zadań dla zachowania bezpiecznej i efektywnej eksploatacji złoża jest doskonalenie dostępnych i wdrażanie
nowych metod zwalczania zagrożenia tąpaniami.
___________________________________________________________________
1)
2)
KGHM CUPRUM sp. z o.o. CBR, ul. gen. Wł. Sikorskiego 2-8, 53-659 Wrocław
KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Polkowice-Sieroszowice, Kaźmierzów 100,
59-101 Polkowice
72
Witold Pytel, Piotr Mertuszka, Bogusław Cenian
___________________________________________________________________
Eksploatacja złoża w polskich kopalniach rud miedzi prowadzona jest głównie
przy użyciu techniki strzałowej. Prace te wymagają wysokiej precyzji, zarówno
z punktu widzenia bezpieczeństwa prowadzonych prac i zachowania wymagań
w zakresie stateczności wyrobisk podziemnych, jak i z punktu widzenia technologicznego. Drążone wyrobiska, w celu zapewnienia ich odpowiedniej stateczności
muszą mieć wymiary zgodne z projektem eksploatacji. Ponadto odstrzelona skała
powinna być odpowiednio rozdrobniona, a stan stropu, ociosów i spągu powinien
pozwolić na jej swobodne wybieranie.
W ostatnich latach dokonano pierwszych kroków implementacji systemów mechanicznego urabiania w kopalniach „Lubin” oraz „Polkowice-Sieroszowice”.
W pierwszym przypadku do mechanicznego urabiania złoża zastosowano kombajn
chodnikowy, w drugim natomiast zmechanizowany kompleks urabiający. Jak dotąd
próby tego rodzaju nie przyniosły jeszcze w pełni satysfakcjonujących ostatecznych
rezultatów. Z tego też względu istotnego znaczenia nabiera wdrażanie nowych
i doskonalenie istniejących metod urabiania złoża przy użyciu techniki strzałowej,
głównie poprzez stosowanie nowoczesnych i bezpiecznych środków strzałowych,
pozwalających kontrolować w większym stopniu niż dotychczas geometrię wyrobisk
po odstrzale oraz ograniczać zasięg strefy spękań wokół wyrobiska.
1. Technika strzałowa w warunkach zagrożenia tąpaniami
Technika strzałowa pozostaje jedną z najbardziej skutecznych, aktywnych metod
zwalczania zagrożenia tąpaniami w warunkach kopalń LGOM. Można tu wyróżnić
kilka odmian strzelań odprężających w caliźnie złoża:
− strzelania grupowe – jednorazowe odpalanie dużej ilości przodków eksploatacyjnych;
− strzelania urabiająco-odprężające – zwiększenie ilości MW w otworach
włomowych;
− strzelania wydłużonymi otworami odprężającymi;
− strzelania odprężające w spągu.
Strzelania odprężające, które można prowadzić niezależnie od strzelań urabiających, mogą powodować zaburzenia w płynności prac w polach eksploatacyjnych,
a przede wszystkim generować wyższe koszty. W związku z tym należy dążyć do
opracowywania maksymalnie efektywnych strzelań urabiająco-odprężających oraz
strzelań grupowych przodków. Prowokowanie odprężeń w górotworze przodkowymi
robotami strzałowymi polega na jednoczesnym pozbawieniu podparcia warstw stropowych na dosyć długim odcinku frontu [1] i równocześnie na zmniejszeniu składowej poziomej stanu naprężeń w samym pokładzie (zmiana stanu naprężenia
w przyociosowej części złoża z trójosiowego na jednoosiowy). Likwidacja podparcia
stropu na długim odcinku frontu oznacza równoczesne przyłożenie dodatkowego
obciążenia na następną silnie już obciążoną strefę calizny pokładu, co może wywołać odprężenia i tąpania (rys. 1). Efekt podcięcia stropu jest trudny do uzyskania na
drodze odpalania MW w pojedynczych lub nieregularnie zlokalizowanych przodkach.
Można go jednak osiągnąć przez jednoczesne odpalenie położonych blisko siebie
kilku lub kilkunastu przodków. Praktyka ta jest stosowana rutynowo w kopalniach
LGOM. W celu zwiększenia efektu prowokującego podczas urabiających robót
strzałowych stosuje się też często w przodkach tzw. długie otwory odprężająco-
73
Zastosowanie elektronicznych systemów inicjacji…
___________________________________________________________________
włomowe o większej średnicy. Oprócz detonacji MW w normalnych 3-4 metrowych
otworach strzałowych w caliźnie przodka, ostatnim opóźnieniem odpalany jest wielkośrednicowy ładunek odprężający (około 30 kg MW w otworze) o średnicy 127 mm.
Pozwala to na przeładowanie przodków materiałem wybuchowym i na zwiększenie
zabiorów. Przyjęto, że po takich skoncentrowanych strzelaniach prowokujących
obowiązuje odpowiednio długi czas wyczekiwania, zwykle 8 godzin. Jednoczesne
odpalanie skoncentrowanych przodków odbywa się z reguły na kolejnych odcinkach
frontu eksploatacyjnego. Skuteczność prowokowania górotworu zależy przy tym od
stanu naprężeń w strefie przed linią przodków.
1 – strefa górotworu nienaruszonego
eksploatacją, 2 – strefa oddziaływania
ciśnienia eksploatacyjnego, 3 – strefa
górotworu odprężonego, 4 – filary technologiczne, 5 – zawał wymuszony robotami
strzałowymi, 6 – otwory strzałowe zawałowe, 7 – otwory strzałowe przodkowe
Rys. 1. Zasada prowokowania odprężeni górotworu robotami strzałowymi [1]
Prowokowanie górotworu skoncentrowanymi robotami strzałowymi okazało się
skuteczną metodą ograniczenia zagrożenia tąpaniami w kopalniach LGOM [1]. Zazwyczaj znaczna część rejestrowanych zjawisk dynamicznych jest sprowokowana
tymi robotami. Jako sprowokowane klasyfikuje się te odprężenia, które wystąpiły
bezpośrednio po strzelaniu przodków lub też w okresie wyczekiwania po robotach
strzałowych. W tabeli 1 przedstawiono zestawienie wstrząsów wysokoenergetycznych zarejestrowanych na terenie kopalni „Rudna” w latach 2008-2012 z podziałem
na wstrząsy samoistne i sprowokowane. Ostatnie dwie kolumny zawierają procentowy stosunek wstrząsów samoistnych do sprowokowanych. Z przedstawionych
danych wynika, że skuteczność prowokowania wstrząsów robotami strzałowymi na
przestrzeni kilku ostatnich lat pozostaje na tym samym poziomie i wynosi 1:4. Jeśli
jednak weźmiemy pod uwagę wstrząsy o energii większej lub równej 106J, to otrzymamy skuteczność prowokacji na poziomie ponad 50%, natomiast rozpatrując zarejestrowane wstrząsy z najwyższych klas energetycznych, tj. E7 i więcej, to zaobserwujemy skuteczność na poziomie 85%. Oznacza to, że w ostatnich latach z Zakładach Górniczych „Rudna” udało się sprowokować ponad 4/5 wstrząsów z najwyższych klas energetycznych, co pozwala stwierdzić, że technika strzałowa jest bardzo
skuteczną metodą odprężania górotworu. Oczywiście nie należy bagatelizować
wstrząsów o niższej energii, których częste występowanie może być równie niebez-
74
___________________________________________________________________
pieczne jak wstrząsy wysokoenergetyczne. Analiza przeprowadzona przez Kłeczka
[3], dotycząca ilości sprowokowanych wstrząsów górotworu w czasie wyczekiwania
po strzelaniach w latach 2001-2003 na terenie kopalń LGOM, potwierdza tezę, że
umiejętne sterowanie wstrząsami górotworu, w połączeniu z odpowiednio wyznaczonym czasem wyczekiwania po strzelaniach, może przyczynić się do poprawy
skuteczności aktywnych metod profilaktyki tąpaniowej. Z przedstawionej analizy
wynika też, że blisko połowa wstrząsów sprowokowanych pojawia się w czasie krótszym niż 60 sekund po zakończeniu strzelania (rys. 2). Prowokowanie górotworu
skoncentrowanymi robotami przodkowymi pozwala również w znacznym stopniu
sterować czasem występowania wstrząsów górniczych. W oddziałach eksploatacyjnych stosujących prowokowanie górotworu poprzez jednoczesne odpalanie większej
ilości przodków znaczny procent wstrząsów występuje w okresie nieobecności załogi, tj. bezpośrednio po wykonaniu strzelań i w czasie wyczekiwania po strzelaniach.
Tabela 1
Zestawienie wysokoenergetycznych wstrząsów samoistnych i sprowokowanych robotami
strzałowymi na terenie kopalni „Rudna” w latach 2008-2012
ROK
E3
E4
E5
E6
E7
E8
%
S
P
S
P
S
P
S
P
S
P
S
P
S
P
2008
1289
484
522
178
170
61
49
22
7
5
0
1
73
27
2009
1184
344
463
135
175
39
54
24
21
12
0
1
77
23
2010
913
335
381
129
146
47
38
17
18
9
1
1
74
26
2011
1117
337
437
192
148
64
56
24
11
12
0
0
74
26
2012
985
319
477
201
140
47
32
15
9
11
0
0
73
27
S – wstrząsy samoistne
P – wstrząsy sprowokowane
Rys. 2. Rozkład liczby sprowokowanych wstrząsów górotworu
w czasie po grupowym strzelaniu przodków [3]
75
___________________________________________________________________
Dla zachowania bezpiecznej i efektywnej eksploatacji złóż zauważyć należy potencjał, jaki tkwi w odpowiednim wykorzystaniu strzelań grupowych dla celów maksymalizacji ich efektu w zakresie profilaktyki tąpaniowej. Chodzi mianowicie o to,
aby opracować i wdrożyć takie metryki strzelań grupowych, które poprzez zjawisko
interferencji postrzałowych fal sejsmicznych byłyby w stanie doprowadzić lokalnie do
uzyskania efektu wzmocnienia fali sprężystej, a tym samym do istotnego zwiększenia możliwości prowokowania odprężeń w eksploatowanym górotworze.
2. Optymalizacja parametrów strzelań przodków eksploatacyjnych
Wypracowanie odpowiedniego sposobu strzelań grupowych może doprowadzić
do uzyskania skutecznego narzędzia pozwalającego lepiej kontrolować stateczność
wyrobisk podziemnych, w tym także zredukować zagrożenie ze strony dynamicznych przejawów ciśnienia górotworu. Dobór odpowiednich parametrów strzelań
i zastosowanie nowoczesnych środków strzałowych mogą zatem przyczynić się do
łatwiejszego uwolnienia energii sprężystej skumulowanej w górotworze oraz do
istotnego zwiększenia zabioru.
Mówiąc o optymalizacji parametrów strzelań w pierwszej kolejności należy zastanowić się, które z nich powinny być uwzględnione w modelu roboty strzałowej.
Spośród dostępnych parametrów wyróżnić tu należy: ilość przodków odpalanych
w jednym cyklu i ich przestrzenne usytuowanie, ilość i rozmieszczenie otworów
strzałowych w skali pojedynczego przodka, średnicę i długość otworów strzałowych
oraz kąt ich nachylenia, rodzaj (moc) materiału wybuchowego, zastosowane opóźnienia pomiędzy kolejno odpalanymi otworami strzałowymi i wiele innych. O ile parametry te można z powodzeniem uwzględnić w modelu jako jego zmienne, o tyle
przy przenoszeniu ich zmienności do warunków kopalnianych napotyka się na określone ograniczenia. Wypracowana metoda powinna być z jednej strony skuteczna,
natomiast z drugiej nie może w najmniejszym stopniu zakłócić procesu produkcyjnego. Analizując więc każdy z wyżej wymienionych parametrów można łatwo wyeliminować te, których optymalizacja nie jest możliwa w warunkach dołowych.
Analiza tego rodzaju powinna uwzględniać następujące okoliczności (warunki
brzegowe optymalizacji):
1) ilość otworów strzałowych i ich rozmieszczenie w przodku, co uzależnione
jest od wielkości zabioru, parametrów wytrzymałościowych skał furty eksploatacyjnej oraz skał otaczających;
2) średnica otworu strzałowego, jak i kąt jego nachylenia ograniczone są poprzez dostępny park maszynowy;
3) długość otworów strzałowych uzależniona jest również od dostępnego parku
maszynowego;
4) stosowany materiał wybuchowy dobierany jest głównie ze względu na jego
parametry termodynamiczne i uzależniony jest m.in. od parametrów wytrzymałościowych skał, panujące zagrożenia naturalne, czy stopnie opóźnienia poszczególnych zapalników.
Z powyższego wynika, że dla zachowania bezpiecznej i efektywnej eksploatacji
należy skupić się na optymalizacji trzech parametrów:
1) ilość przodków eksploatacyjnych odpalanych w jednym cyklu;
2) przestrzenne usytuowanie przodków;
3) stopień opóźnienia pomiędzy kolejno odpalanymi przodkami (opóźnienia
w skali grupy przodków, a nie pojedynczego przodka).
76
___________________________________________________________________
O ile pierwsze dwa parametry nie wymagają specjalnych nakładów poza odpowiednim projektem eksploatacji, o tyle ostatni wymaga zastosowania najbardziej zaawansowanej dostępnej technologii w postaci zapalników elektronicznych, których
niezwykle wysoka precyzja opóźnień i praktycznie nieograniczona ilość ich stopni
może doprowadzić do wzbudzenia fali pozwalającej na odprężenie górotworu.
2.1.
Elektroniczny system inicjacji ładunków MW
Pojawienie się możliwości zastosowania różnych opóźnień pomiędzy ładunkami
MW odpalanych w poszczególnych otworach strzałowych było impulsem do rozpoczęcia badań wpływu wielkości czasu opóźnień pomiędzy ładunkami na efekt robót
strzałowych. Inicjacja ładunku w określonych interwałach czasowych oznacza, że do
masywu skalnego z określoną częstotliwością dostarczana jest energia wyzwolona
na skutek detonacji MW. Można zatem stwierdzić, że odpowiednio skorelowane
ze sobą opóźnienia, a co za tym idzie – częstotliwości drgań, mogą skutkować
wzbudzeniem rezonansu i w efekcie doprowadzić do wzmocnienia fali sprężystej,
pożądanego w profilaktyce tąpaniowej w warunkach kopalń LGOM.
2.2.
Idea strzelania milisekundowego
Obecnie jednym z głównych elementów projektowania robót strzałowych jest dobór odpowiednich opóźnień milisekundowych, co ma bezpośredni wpływ na intensywność drgań parasejsmicznych i ich wpływ na otoczenie. Do tego celu służą zapalniki elektroniczne, których budowa na tle tradycyjnych zapalników pirotechnicznych, przedstawiona została na rys. 3. Ideą stosowania zapalników zwłocznych jest
detonacja ładunku w kolejnym otworze strzałowym w momencie detonacji ładunku
w poprzednim otworze. Zatem detonacja ładunku w kolejnym otworze następuje
w momencie, gdy górotwór został już naruszony poprzez detonację ładunku w otworze poprzedzającym. Oznacza to, że należy zaprojektować taką kolejność i czas
odpalania poszczególnych ładunków, aby detonował się on dopiero w momencie,
kiedy przemieszczenie calizny skalnej nastąpiło już na skutek detonacji poprzedniego ładunku, tzn. kiedy powstały szczeliny w nieurobionej jeszcze skale.
Zapalnik elektroniczny składa się z główki zapalczej i elektronicznego elementu
opóźniającego. Jest on w pełni programowalny, a unikatowy kod zapalnika nie pozwala na niekontrolowaną inicjację ładunku MW. Dlatego też do uruchomienia systemu konieczna jest komunikacja z dwoma niezbędnymi urządzeniami: urządzeniem
logującym (logger) i urządzeniem odpalającym (blaster). Pierwsze odpowiada za
zalogowanie zapalnika do sieci strzałowej i nadanie mu konkretnego czasu opóźnienia, drugie natomiast za uzbrojenie zapalnika i jego detonację.
77
___________________________________________________________________
Rys. 3. Schemat budowy podstawowych rodzajów zapalników [6]
Zapalnikowi można nadać określone opóźnienie w zakresie od 0 ms do
15 000 ms, w odstępach czasowych co 1 ms, co daje ogromną przewagę w stosunku do elektrycznych czy nieelektrycznych systemów inicjacji. Cechą charakterystyczną zapalników elektronicznych jest także ich dokładność wynosząca ± 0,05 ms
dla opóźnień w zakresie od 0 ms do 500 ms (powyżej 500 ms dokładność wynosi
± 0,01 ms), co jest nieosiągalne przy stosowaniu zapalników z pirotechnicznymi
elementami opóźniającymi.
2.3.
Przegląd wybranych systemów inicjacji elektronicznej
Pierwsze systemy inicjacji elektronicznej powstały w wyniku współpracy firm Orica i Dynamit-Nobel. W Polsce systemy te zostały zaprezentowane po raz pierwszy
w roku 2008 w Centralnym Laboratorium Techniki Strzelniczej i Materiałów Wybuchowych AGH w Regulicach, na pokazie zorganizowanym przez Stowarzyszenie
Polskich Inżynierów Strzałowych i firmę Orica Poland [8]. Pośród dostępnych elektronicznych systemów inicjacji ładunków MW należy wyróżnić przede wszystkim
różne odmiany systemów i-kon oraz systemy uni tronic, Nitronic, HotShot, AStar,
DigiShot, SmartShot, QuickShort, eDev, czy Deveytronic (tab. 2).
System uni tronic™ 600 jest jednym z trzech systemów nowej generacji Orica.
Przeznaczony do zastosowania przy strzelaniach prowadzonych zarówno w dużych
zakładach górniczych, jak i niewielkich pracach inżynieryjnych. Jego stworzenie było
niewątpliwie istotnym postępem w dziedzinie techniki strzałowej. Głównym elementem systemu jest zaawansowany układ elektroniczny ASIC charakteryzujący się
wyższym niż w poprzednich systemach poziomem bezpieczeństwa i niezawodności.
System składa się z elektronicznego zapalnika uni tronic™ 600, zapalarki Blast Box
310/310R (z technologią Bluetooth lub radiowego odpalania), skanerów; 120/125
oraz skanera 200 umożliwiającego pełną kontrolę zainstalowanych zapalników unitronic™ 600 [5].
Kolejnym systemem, o którym warto wspomnieć jest system HotShot produkowany przez firmę DetNet z RPA. Jego głównym elementem są zapalniki elektroniczne typu HotShot 3G, które zbudowane są podobnie jak natychmiastowy zapalnik
78
___________________________________________________________________
elektryczny, tzn. posiadają główkę zapalczą oraz ładunek pierwotny i wtórny. Układ
elektroniczny umieszczony jest między przewodami a główką i zastępuje funkcję
opóźniacza pirotechnicznego. Daje to możliwość programowania czasu detonacji
i możliwość komunikacji dwustronnej. Na płytce drukowanej znajdują się podzespoły: rezystor – pełniący funkcję zabezpieczenia obwodu zapalnika przed wpływami
elektrycznymi, kondensator – magazynujący energię, oscylator kwarcowy – element
generujący impulsy o dokładnej ustalonej częstotliwości, mikroprocesor – odpowiedzialny m.in. za zaprogramowanie czasu opóźnienia, uzbrojenie i odpalenie oraz
transmisję i kontrolę zapalnika przez programator, główka zapalcza – działa jako
interfejs między układem elektronicznym a MW w zapalniku [2]. Zapalniki elektroniczne HotShot 3G posiadają dopuszczenia Wyższego Urzędu Górniczego do stosowania w podziemnych zakładach górniczych, w których nie ma zagrożenia wybuchami metanu oraz pyłu węglowego.
Tabela 2
Zestawienie wybranych systemów inicjacji elektronicznej
System eDEV™ produkcji firmy Orica został zaprojektowany specjalnie do prac
związanych z drążeniem tuneli. Zapewnia dokładność i możliwość elastycznego
zaprogramowania czasu inicjacji ładunku, oferując jednocześnie przystępną cenę.
System jest prosty w obsłudze. Składa się z programowalnych zapalników elektronicznych i sprzętu do identyfikacji, testowania, programowania i detonacji zapalników (Skaner, Tester Sieci, Zapalarka). System jest wspierany przez zaawansowane
oprogramowanie do projektowania tuneli SHOTPlus-TTM. Zapalniki eDEV™ mogą
być stosowane w zasadzie do wszystkich dostępnych na rynku materiałów wybuchowych, także nabojowanych. Każdy zapalnik ma swój unikalny kod identyfikacyjny
zapisany w pamięci oraz dodatkowo kod kreskowy przymocowany do przewodu
zapalnika pozwalający na jego skanowanie, co umożliwia bezpośrednie określenie
czasu inicjacji. Zastosowanie systemu eDEV™ wykazało znaczną redukcję drgań
w tunelach oraz pozwoliło na ograniczenie ilości stosowanych MW nawet o połowę.
Może to prowadzić do zwiększenia zabioru oraz przyspieszenia postępu.
Obecnie system eDEV™ został zastąpiony przez system nowej generacji eDEV™II.
Zasada działania jest niemalże identyczna, jak w przypadku systemu eDEV™.
79
___________________________________________________________________
System Daveytronic III to trzecia generacja systemów inicjacji elektronicznej
produkcji Davey Bickford z USA. Podobnie jak inne systemy elektroniczne jest wysoce efektywny i prosty w obsłudze. System Daveytronic III obsługiwany jest bezprzewodowo, co skraca czas programowania i diagnostyki sieci strzałowej. Zwiększona elastyczność systemu oferuje opóźnienia w zakresie 1 ms do 14 000 ms
w interwałach co 1 ms. W stosunku do poprzednich wersji systemu oferuje on niemal 3 razy więcej możliwości nadania konkretnych opóźnień. Mimo wzrostu dostępności czasów opóźnień, dokładność systemu wynosi poniżej 0,25%. System może
obsłużyć jednocześnie do 1 500 zapalników lub nawet 3 000 przy odpowiedniej
konfiguracji systemu. Do systemu dołączone jest oprogramowanie Daveytronic 2D,
co usprawnia proces projektowania strzelań, nawet w przypadku bardziej skomplikowanych robót strzałowych. Program ten umożliwia wyznaczenie lokalizacji otworów strzałowych oraz skonfigurować odpowiednie czasy inicjacji ładunków MW.
Istnieje także możliwość importowania współrzędnych otworów czy innych danych
z programów takich jak CSV czy Excel. Oprogramowanie jest kompatybilne niemalże ze wszystkimi dostępnymi programami do projektowania strzelań, a także z programem AutoCAD. System Daveytronic III pozwala na bezprzewodowe odpalanie
ładunków z odległości do 1 mili, tj. około 1 600 m, co wpływa pozytywnie na bezpieczeństwo robót strzałowych.
W listopadzie 2011 roku na terenie kopalni „Rudna” przeprowadzono próbne roboty strzałowe wykonywane z zastosowaniem elektronicznego systemu inicjacji
materiałów wybuchowych zapalnikami i-kon produkcji firmy Orica. Celem prac było
sprawdzenie ich przydatności i możliwości zastosowania w warunkach kopalń podziemnych KGHM Polska Miedź S.A. System elektronicznej inicjacji MW i-kon jest
obecnie najbardziej zaawansowanym systemem dostępnym na rynku, przeznaczonym głównie do dużych i skomplikowanych strzelań wykonywanych zarówno w podziemnych, jak i odkrywkowych zakładach górniczych. System składa się z urządzenia logującego (Logger), odpalającego (Blaster) oraz zapalników (i-kon). Logger
i Blaster posiadają funkcję ciągłego monitorowania obwodu dla zapewnienia bezpiecznych i efektywnych warunków odpalania, w szczególności w zakresie upływu
prądu oraz ewentualnych uszkodzeń zapalników powstałych w trakcie prowadzenia
załadunku. Do Loggera można podłączyć jednocześnie 200 zapalników, natomiast
Blaster umożliwia podłączenie 2 Loggerów, co w sumie daje możliwość jednoczesnego odpalenia 400 zapalników. Wersje rozszerzone systemu przewidują możliwość odpalania 4 800 zapalników.
Przeprowadzone badania wykazały, że system elektronicznej inicjacji MW w warunkach O/ZG „Rudna” może znaleźć zastosowanie przy wielkoprzodkowych strzelaniach grupowych, gdzie częstotliwość strzelań i długi czas wyczekiwania po odpaleniu stawiają przed techniką strzałową wymóg zapewnienia 100% skuteczności
odpalenia. Możliwość lokalizacji każdego zapalnika w danym przodku tuż przed
odpaleniem pozwala podjąć decyzję o pewnym odpaleniu, bądź o jego wstrzymaniu
na czas usunięcia problemu. Możliwość różnicowania w czasie momentu inicjacji
danego otworu w przodku może być elementem wspomagającym profilaktykę tąpaniową. Podsumowując, system elektronicznej inicjacji ładunków MW w warunkach
kopalni „Rudna” może charakteryzować się takim zróżnicowaniem opóźnień detonacji MW w otworach i przodkach, które spowoduje skuteczne zwiększenie amplitudy
drgań wywołanych robotami strzałowymi oraz kontrolowanie obwodów strzałowych
wieloprzodkowych w celu pierwszego 100-procentowego odpalenia wszystkich
przodków w obwodzie [4].
80
___________________________________________________________________
3. Opóźnienia milisekundowe a przebieg drgań składowej poziomej
Dla celów poprawy efektywności profilaktyki tąpaniowej poszukuje się coraz to
nowych rozwiązań technicznych, których zastosowanie na dużą skalę może znacznie zwiększyć skuteczność wymuszania wstrząsów odprężających górotwór. Jednym z rozpatrywanych rozwiązań jest możliwość przeprowadzenia strzelań grupowych przy takim doborze opóźnień, aby detonacje poszczególnych ładunków
w otworach powodowały wzmacnianie amplitudy drgań górotworu wywołanych przez
wcześniej odpalane ładunki, co może uwolnić naprężenia skumulowane w górotworze.
Wyniki badań wpływu opóźnień milisekundowych na poziom rejestrowanych
drgań [8,9] wskazują, że istnieje wyraźny związek pomiędzy zastosowanym opóźnieniem, a przebiegiem zarejestrowanych drgań. Jak znaczący wpływ może mieć
zastosowanie zróżnicowanych opóźnień milisekundowych na przebiegi drgań generowanych inicjacją MW przedstawia rysunek 4. Można zatem zauważyć, że
ze wzrostem wielkości zastosowanego opóźnienia wydłuża się czas trwania drgań
oraz zwiększa się ich amplituda.
Rys. 4. Przebiegi drgań składowej poziomej dla różnych opóźnień [7]
Chociaż wciąż możliwość zastosowania elektronicznych systemów inicjacji ładunków MW jest analizowana, już na obecnym etapie można wnioskować, że odpowiedni dobór stopni opóźnień pomiędzy przodkami eksploatacyjnymi w przypadku
strzelań grupowych może doprowadzić do wzmocnienia fali sprężystej generowanej
inicjacją MW, wskutek czego łatwiej może dojść do uwolnienia energii sprężystej,
skumulowanej w górotworze.
81
___________________________________________________________________
Podsumowanie
Poszukiwanie nowych rozwiązań dla techniki strzałowej w dużym stopniu uzależnione jest od dostępu do nowych środków strzałowych. Wprowadzenie do górnictwa nieelektrycznych systemów inicjacji MW oraz mechanicznego załadunku otworów było niewątpliwie przełomem w tej dziedzinie i poszerzyło wachlarz możliwości
projektowania prac strzałowych. Implementacje systemu mechanicznego urabiania
skał twardych jak dotąd nie przyniosły w pełni satysfakcjonujących rezultatów i pozostają nadal w fazie testów. Oznacza to, że należy w dalszym ciągu doskonalić
technologie strzałowe dla uzyskania ich maksymalnej efektywności. Prace te powinny skupiać się na stosowaniu efektywnych i bezpiecznych materiałów wybuchowych, mechanizacji procesu strzelań, w tym mechanicznego załadunku otworów
strzałowych, czy na stosowaniu wysokiej klasy zapalników elektronicznych. Istotnego znaczenia nabiera też potencjał tkwiący w odpowiednim optymalizowaniu strzelań grupowych dla celów maksymalizacji ich efektu w zakresie profilaktyki tąpaniowej. Wypracowanie odpowiedniego sposobu strzelań grupowych może więc doprowadzić do uzyskania skutecznego narzędzia, pozwalającego lepiej kontrolować
stateczność wyrobisk podziemnych, w tym także zredukować zagrożenie ze strony
dynamicznych przejawów ciśnienia górotworu.
Bibliografia
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
Butra J., Kicki J., 2003, Ewolucja technologii eksploatacji złóż rud miedzi w polskich
kopalniach. Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej.
Janiak M., Ostiadel W., Pacyna Sz., System inicjowania zapalnikiem elektronicznym
HotShot, Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, Nr 134, 2012,
str. 121-129.
Kłeczek Z., 2004, Grupowe strzelanie przodków jako element profilaktyki tąpaniowej
w kopalniach rud miedzi LGOM, Górnictwo i Geoinżynieria, Rok 28, Zeszyt 3/1, str. 153159.
Laskowski M., 2012, Zastosowanie zapalników elektronicznych i-kon w górnictwie podziemnym na przykładzie KGHM Polska Miedź S.A. Oddział ZG/”Rudna”, Szkoła Eksploatacji podziemnej, Materiały Konferencyjne, str. 323-330.
Materiały Orica Mining Service.
Prędki S., 2010, Techniczno-ekonomiczna analiza efektywności stosowania elektronicznych systemów inicjowania materiałów wybuchowych w warunkach polskich kopalń surowców skalnych, Praca doktorska.
Pyra J., 2010, Opóźnienie milisekundowe jako czynnik wpływający na spektrum odpowiedzi drgań wzbudzanych detonacją ładunków materiału wybuchowego w kopalniach
odkrywkowych, Górnictwo i Geoinżynieria, Rok 34, Zeszyt 4.
Pyra J., 2011, Wpływ wielkości opóźnień milisekundowych na spektrum odpowiedzi
drgań wzbudzanych detonacją ładunków materiałów wybuchowych, Praca doktorska.
Winzer J., 2004, Wpływ opóźnień milisekundowych przy prowadzeniu strzelań eksploatacyjnych na częstotliwościowe charakterystyki drgań gruntu i budynków. Górnictwo
i Geoinżynieria. z. 3/1.
82
___________________________________________________________________

Pobierz pełna wersję artykułu

Transkrypt

Podobne dokumenty

PRZYCZYNEK DO STOSOWANIA ELEKTRONICZNYCH

żołądek

Pobierz PDF

SYSTEM INICJOWANIA ZAPALNIKIEM ELEKTRONICZNYM