___________________________________________________________________ 1) KGHM CUPRUM sp. z o.o. CBR, ul. gen. Wł. Sikorskiego 2-8, 53-659 Wrocław
2) KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Polkowice-Sieroszowice, Kaźmierzów 100, 59-101 Polkowice
Witold Pytel
1), Piotr Mertuszka
1), Bogusław Cenian
2)Zastosowanie elektronicznych systemów inicjacji
ładunków MW w profilaktyce t
ą
paniowej
w warunkach kopal
ń
LGOM
Streszczenie
W artykule przedstawiono zastosowanie zapalników elektronicznych w systemach inicjacji ładunków MW wykorzystywanych w profilaktyce tąpaniowej. W pierwszej części pracy zapre-zentowane zostały dostępne obecnie na rynku systemy inicjacji elektronicznej, które mogą być zastosowane w podziemnych zakładach górniczych. W dalszej części dokonano przeglą -du literatury dotyczącego modelowania postrzałowej fali sejsmicznej oraz inicjacji ładunku MW.
Słowa kluczowe: technika strzałowa, zagrożenia geomechaniczne w kopalniach podziem-nych
The use of electronic initiation systems of explosives in
rock-burst 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
Wst
ę
p
W sytuacji gdy eksploatacja złóż rud miedzi w kopalniach LGOM prowadzona jest na coraz większych głębokościach i w coraz trudniejszych warunkach geolo-giczno-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 otaczają-cych głębokie złoże. Dlatego też jednym z kluczowych zadań dla zachowania bez-piecznej i efektywnej eksploatacji złoża jest doskonalenie dostępnych i wdrażanie nowych metod zwalczania zagrożenia tąpaniami.
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 technolo-gicznego. 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 me-chanicznego 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 zagro
ż
enia t
ą
paniami
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 eksploa-tacyjnych;
− 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 urabiają-cych, 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 stro-powych na dosyć długim odcinku frontu [1] i równocześnie na zmniejszeniu składo-wej 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 wywo-łać 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-włomowe o większej średnicy. Oprócz detonacji MW w normalnych 3-4 metrowych otworach strzałowych w caliźnie przodka, ostatnim opóźnieniem odpalany jest wiel-kośrednicowy 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.
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]. Za-zwyczaj 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 wysokoenergetycz-nych zarejestrowawysokoenergetycz-nych na terenie kopalni „Rudna” w latach 2008-2012 z podziałem na wstrząsy samoistne i sprowokowane. Ostatnie dwie kolumny zawierają procen-towy 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
otrzy-mamy skuteczność prowokacji na poziomie ponad 50%, natomiast rozpatrując zare-jestrowane wstrząsy z najwyższych klas energetycznych, tj. E7 i więcej, to zaobser-wujemy skuteczność na poziomie 85%. Oznacza to, że w ostatnich latach z Zakła-dach Górniczych „Rudna” udało się sprowokować ponad 4/5 wstrząsów z najwyż-szych 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-1 – strefa górotworu nienaruszonego eksploatacją, 2 – strefa oddziaływania ciśnienia eksploatacyjnego, 3 – strefa górotworu odprężonego, 4 – filary techno-logiczne, 5 – zawał wymuszony robotami strzałowymi, 6 – otwory strzałowe zawa-łowe, 7 – otwory strzałowe przodkowe
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 wyzna-czonym 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 krót-szym 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 eksploatacyj-nych stosujących prowokowanie górotworu poprzez jednoczesne odpalanie większej ilości przodków znaczny procent wstrząsów występuje w okresie nieobecności zało-gi, 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]
Dla zachowania bezpiecznej i efektywnej eksploatacji złóż zauważyć należy po-tencjał, jaki tkwi w odpowiednim wykorzystaniu strzelań grupowych dla celów mak-symalizacji 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 zwiększe-nia możliwości prowokowazwiększe-nia odprężeń w eksploatowanym górotworze.
2. Optymalizacja parametrów strzela
ń
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 dynamicz-nych 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 za-stanowić 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 opóź-nienia pomiędzy kolejno odpalanymi otworami strzałowymi i wiele innych. O ile pa-rametry te można z powodzeniem uwzględnić w modelu jako jego zmienne, o tyle przy przenoszeniu ich zmienności do warunków kopalnianych napotyka się na okre-ślone ograniczenia. Wypracowana metoda powinna być z jednej strony skuteczna, natomiast z drugiej nie może w najmniejszym stopniu zakłócić procesu produkcyj-nego. Analizując więc każdy z wyżej wymienionych parametrów można łatwo wyeli-minować 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 eks-ploatacyjnej oraz skał otaczających;
2) średnica otworu strzałowego, jak i kąt jego nachylenia ograniczone są po-przez 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 wy-trzymałościowych skał, panujące zagrożenia naturalne, czy stopnie opóź-nienia 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).
O ile pierwsze dwa parametry nie wymagają specjalnych nakładów poza odpowied-nim projektem eksploatacji, o tyle ostatni wymaga zastosowania najbardziej zaa-wansowanej 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 rozpo-częcia 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 do-bór odpowiednich opóźnień milisekundowych, co ma bezpośredni wpływ na inten-sywność drgań parasejsmicznych i ich wpływ na otoczenie. Do tego celu służą za-palniki elektroniczne, których budowa na tle tradycyjnych zapalników pirotechnicz-nych, 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 otwo-rze popotwo-rzedzającym. 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 poprzednie-go 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 po-zwala na niekontrolowaną inicjację ładunku MW. Dlatego też do uruchomienia sys-temu 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 opóź-nienia, drugie natomiast za uzbrojenie zapalnika i jego detonację.
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 stosun-ku do elektrycznych czy nieelektrycznych systemów inicjacji. Cechą charaktery-styczną 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.
Przegl
ą
d wybranych systemów inicjacji elektronicznej
Pierwsze systemy inicjacji elektronicznej powstały w wyniku współpracy firm Ori-ca i Dynamit-Nobel. W Polsce systemy te zostały zaprezentowane po raz pierwszy w roku 2008 w Centralnym Laboratorium Techniki Strzelniczej i Materiałów Wybu-chowych AGH w Regulicach, na pokazie zorganizowanym przez Stowarzyszenie Polskich Inżynierów Strzałowych i firmę Orica Poland [8]. Pośród dostępnych elek-tronicznych 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 elemen-tem syselemen-temu 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 uni-tronic™ 600 [5].
Kolejnym systemem, o którym warto wspomnieć jest system HotShot produko-wany przez firmę DetNet z RPA. Jego głównym elementem są zapalniki elektronicz-ne typu HotShot 3G, które zbudowaelektronicz-ne są podobnie jak natychmiastowy zapalnik
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 podzespo-ły: rezystor – pełniący funkcję zabezpieczenia obwodu zapalnika przed wpływami elektrycznymi, kondensator – magazynujący energię, oscylator kwarcowy – element generujący impulsy o dokładnej ustalonej częstotliwości, mikroprocesor – odpowie-dzialny 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 elektro-niczne HotShot 3G posiadają dopuszczenia Wyższego Urzędu Górniczego do sto-sowania w podziemnych zakładach górniczych, w których nie ma zagrożenia wybu-chami 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 elektro-nicznych i sprzętu do identyfikacji, testowania, programowania i detonacji zapalni-ków (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 wybu-chowych, 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™.
System Daveytronic III to trzecia generacja systemów inicjacji elektronicznej produkcji Davey Bickford z USA. Podobnie jak inne systemy elektroniczne jest wy-soce efektywny i prosty w obsłudze. System Daveytronic III obsługiwany jest bez-przewodowo, co skraca czas programowania i diagnostyki sieci strzałowej. Zwięk-szona 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 nie-mal 3 razy więcej możliwości nadania konkretnych opóźnień. Mimo wzrostu dostęp-ności 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 skompli-kowanych robót strzałowych. Program ten umożliwia wyznaczenie lokalizacji otwo-rów 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 niemal-że ze wszystkimi dostępnymi programami do projektowania strzelań, a takniemal-że z pro-gramem AutoCAD. System Daveytronic III pozwala na bezprzewodowe odpalanie ładunków z odległości do 1 mili, tj. około 1 600 m, co wpływa pozytywnie na bezpie-czeństwo robót strzałowych.
W listopadzie 2011 roku na terenie kopalni „Rudna” przeprowadzono próbne ro-boty 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 pod-ziemnych KGHM Polska Miedź S.A. System elektronicznej inicjacji MW i-kon jest obecnie najbardziej zaawansowanym systemem dostępnym na rynku, przeznaczo-nym głównie do dużych i skomplikowanych strzelań wykonywanych zarówno w pod-ziemnych, jak i odkrywkowych zakładach górniczych. System składa się z urządze-nia logującego (Logger), odpalającego (Blaster) oraz zapalników (i-kon). Logger i Blaster posiadają funkcję ciągłego monitorowania obwodu dla zapewnienia bez-piecznych 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 jednocze-snego odpalenia 400 zapalników. Wersje rozszerzone systemu przewidują możli-wość odpalania 4 800 zapalników.
Przeprowadzone badania wykazały, że system elektronicznej inicjacji MW w wa-runkach O/ZG „Rudna” może znaleźć zastosowanie przy wielkoprzodkowych strze-laniach grupowych, gdzie częstotliwość strzelań i długi czas wyczekiwania po odpa-leniu 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 tąpa-niową. Podsumowując, system elektronicznej inicjacji ładunków MW w warunkach kopalni „Rudna” może charakteryzować się takim zróżnicowaniem opóźnień detona-cji 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].
3. Opó
ź
nienia milisekundowe a przebieg drga
ń
składowej poziomej
Dla celów poprawy efektywności profilaktyki tąpaniowej poszukuje się coraz to nowych rozwiązań technicznych, których zastosowanie na dużą skalę może znacz-nie zwiększyć skuteczność wymuszania wstrząsów odprężających górotwór. Jed-nym z rozpatrywanych rozwiązań jest możliwość przeprowadzenia strzelań grupo-wych 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 górotwo-rze.
Wyniki badań wpływu opóźnień milisekundowych na poziom rejestrowanych drgań [8,9] wskazują, że istnieje wyraźny związek pomiędzy zastosowanym opóź-nieniem, a przebiegiem zarejestrowanych drgań. Jak znaczący wpływ może mieć zastosowanie zróżnicowanych opóźnień milisekundowych na przebiegi drgań gene-rowanych 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 ła-dunków MW jest analizowana, już na obecnym etapie można wnioskować, że od-powiedni 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.
Podsumowanie
Poszukiwanie nowych rozwiązań dla techniki strzałowej w dużym stopniu uza-leżnione jest od dostępu do nowych środków strzałowych. Wprowadzenie do górnic-twa nieelektrycznych systemów inicjacji MW oraz mechanicznego załadunku otwo-rów 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 po-zostają nadal w fazie testów. Oznacza to, że należy w dalszym ciągu doskonalić technologie strzałowe dla uzyskania ich maksymalnej efektywności. Prace te powin-ny skupiać się na stosowaniu efektywpowin-nych i bezpieczpowin-nych materiałów wybucho-wych, mechanizacji procesu strzelań, w tym mechanicznego załadunku otworów strzałowych, czy na stosowaniu wysokiej klasy zapalników elektronicznych. Istotne-go znaczenia nabiera też potencjał tkwiący w odpowiednim optymalizowaniu strze-lań grupowych dla celów maksymalizacji ich efektu w zakresie profilaktyki tąpanio-wej. Wypracowanie odpowiedniego sposobu strzelań grupowych może więc dopro-wadzić do uzyskania skutecznego narzędzia, pozwalającego lepiej kontrolować stateczność wyrobisk podziemnych, w tym także zredukować zagrożenie ze strony dynamicznych przejawów ciśnienia górotworu.
Bibliografia
[1] Butra J., Kicki J., 2003, Ewolucja technologii eksploatacji złóż rud miedzi w polskich kopalniach. Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej.
[2] Janiak M., Ostiadel W., Pacyna Sz., System inicjowania zapalnikiem elektronicznym HotShot, Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, Nr 134, 2012, str. 121-129.
[3] Kłeczek Z., 2004, Grupowe strzelanie przodków jako element profilaktyki tąpaniowej w kopalniach rud miedzi LGOM, Górnictwo i Geoinżynieria, Rok 28, Zeszyt 3/1, str. 153-159.
[4] Laskowski M., 2012, Zastosowanie zapalników elektronicznych i-kon w górnictwie pod-ziemnym na przykładzie KGHM Polska Miedź S.A. Oddział ZG/”Rudna”, Szkoła Eksplo-atacji podziemnej, Materiały Konferencyjne, str. 323-330.
[5] Materiały Orica Mining Service.
[6] Prędki S., 2010, Techniczno-ekonomiczna analiza efektywności stosowania elektronicz-nych systemów inicjowania materiałów wybuchowych w warunkach polskich kopalń su-rowców skalnych, Praca doktorska.
[7] Pyra J., 2010, Opóźnienie milisekundowe jako czynnik wpływający na spektrum odpo-wiedzi drgań wzbudzanych detonacją ładunków materiału wybuchowego w kopalniach odkrywkowych, Górnictwo i Geoinżynieria, Rok 34, Zeszyt 4.
[8] Pyra J., 2011, Wpływ wielkości opóźnień milisekundowych na spektrum odpowiedzi drgań wzbudzanych detonacją ładunków materiałów wybuchowych, Praca doktorska. [9] Winzer J., 2004, Wpływ opóźnień milisekundowych przy prowadzeniu strzelań
eksploat-acyjnych na częstotliwościowe charakterystyki drgań gruntu i budynków. Górnictwo i Geoinżynieria. z. 3/1.
