SPSKS. Pro dobývání ložisek z velkých hloubek povrchovým dobýváním jsou používány speciální metody hloubení a zajišťování vrtů pro těžbu ropy a plynu.

Transkript

1

2 Obsah Úvod do technologie těžby...4 Význam a náplň předmětu...4 Surovinová základna...4 Vztah těžby a úpravy surovin k životnímu prostředí...6 Základní technologické postupy a metody rozpojování hornin...7 Vrtání hornin...9 Základní pojmy vrtání, vrtatelnost hornin...10 Metody vrtání...12 Rozbor druhů vrtacích metod na mechanickém principu...14 Vrtání vrtacími soupravami...19 Vrtací práce v lomech pro výrobu kameniva...19 Vynášení vrtné drtě...26 Fyzikální způsoby rozpojování kamene...28 Rozpojování termické...28 Vysokotlaký vodní paprsek...29 Chemické procesy či fyzikálně chemické možností rozrušování hornin...29 Trhací práce...30 Chemická výbuchová přeměna...30 Stálost výbušnin a citlivost k vodě...31 Výskyt výbuchových zplodin...32 Výbušinové sloučeniny...33 Přehled trhavin...33 Rozněcovadla...35 Zápalnice...37 Bleskovice...37 Pomůcky elektrického roznětu...38 Pomůcky pro nabíjení a ucpávání vývrtů...41 Právní podmínky dobývání...43 Rozsah trhacích prací...46 Trhací práce malého rozsahu TPMR ( 34, neúplné znění)...46 Trhací práce velkého rozsahu TPVR...46 Střelmistr...46 Technický vedoucí odstřelů - TVO...47 Chráněné ložiskové území...47 Dobývací prostor...47 Úhrady...48 Státní báňská správa...48 Lomové dobývání ložisek...48 Lom...49 Lomové dobývání...49 Ložiska názvosloví...50 Přípravné práce při dobývání...56 Otvírka ložiska...58 Skrývky...60 Charakter skrývkového tělesa...62 Přehledné zatřídění hornin podle vzhledu, charakteristických vlastností a podle obtížnosti rozpojování (ČSN )...63 Ochrana půdní vrstvy - ornice...63 Skrývkové práce

3 Nakládání skrývkového materiálu...65 Způsoby práce rýpacích strojů...66 Doprava skrývkových materiálů u povrchové těžby...68 Uložení skrývkových hmot...70 Projektování výsypek...72 Kapacita výsypky...73 Stabilita výsypek...73 Organizace provádění skrývek...74 Příloha : Skrývkové práce...74 Odborná literatura...79 Prospektový materiál firem...79 Seznam obrázků Obr.1 Diagram vrtacího kladiva VK-24, dosažené výkony za různých tlaků...13 Obr.2 Vliv otáček nástroje na parametry vrtání...13 Obr.3 Proces rozpojování nárazem...14 Obr.4 Charakter rotačně řezného (A) a rotačně příklepného vrtání (B)...14 Obr.5 Valivá dláta pro měkké horniny...15 Obr.6 Mechanismus tvorby třísky u příklepného vrtání...15 Obr.7 Jednobřitá korunka s kanálky v řezu a křížová korunka...16 Obr.8 Přehled principů rozpojování hornin vrtáním...17 Obr.9 Vrtací souprava pro vrtání clonových odstřelů...17 Obr.10 Vrtací souprava Atlas Copco pro vrtání CO...18 Obr. 11 Vyznačení základních funkcí vrtací soupravy s horním sáňovým kladivem...19 Obr.12 Nastavení vertikálních parametrů pro vrtací soupravu...20 Obr.13 Nastavení horizontálních parametrů pro vrtací soupravu...21 Obr. 14 Přehled vrtacích korunek pro řadu evropských výrobců vrtacích souprav...22 Obr. 15 Jednotlivé díly ve vybavení vrtací soupravy...23 Obr. 16 Možnosti sestavy vrtacího soutyčí...24 Obr. 17 Diagram efektivnosti pro sledování různých způsobů vrtacích metod...25 Obr.18 Vrtací sloupy pro těžbu kamenických bloků...26 Obr.19 Vrtací kladivo s centrálním výplachem...27 Obr.20 Vrtací kladivo s bočním výplachem...27 Obr.21 Ruční vrtací souprava s podpěrou a vynášení vrtné měli vodou...28 Obr.22 Propalování drážky v lomové lavici...29 Obr.23 Průběh výbuchového hoření (vlevo) a detonace (vpravo)...30 Obr.24 Řez elektrickou milisekundovou rozbuškou...35 Obr.25a Konstrukce zápalnice...37 Obr.25b Konstrukce bleskovice

4 Obr. 26 Diagram pro výpočet odporu pro kondenzátorovou roznětnici RKC Obr.27 Schéma adjustace trhaviny ve vývrtu clonového odstřelu...40 Obr.28 Elektrické rozbušky u jednotlivých vrtů v řadě do série...40 Obr.29 Různé typy el.milisekundových rozbušek s nízkou, střední a vysokou odolností vůči elektrickému proudu a kondenzátorová roznětnice. Barevné označení dvojice vodičů určuje časové zpoždění a určení pracoviště...41 Obr.30 Nový systém neelektrického roznětu používají se různé typy mžikových, milisekundových a délečasujících rozbušek s T konektorem...41 Obr.31 Mobilní vozidlo připravuje trhavinu na lomové etáži a plní ji do vrtů pro clonový odstřel...42 Obr.32 Clonový odstřel...42 Obr.33 Druhy ložisek podle polohy v horizontu, A stěnový lom na svahu, B polojámový lom, C jámový lom...50 Obr.34 Jámový lom opuka Přibylov...51 Obr.35 Druhy ložisek podle úklonu; 1 nerost, 2 hlušina, 3 - skrývka...52 Obr.36 Skrývkové hmoty a pozice nerostu...52 Obr.38 Řez etážovým lomem...54 Obr.39 Schéma postupů porubních front. A paralelní, B vějířovitý...55 Obr.40 Zobrazení hloubkového řezu (A) a výškového řezu (B)...56 Obr.41 Zobrazení postupu dobývání při těžbě sypkých a plastických nerostů...57 Obr.42 Příčné profily hlavních zářezů...58 Obr.43 Prvky hlavního zářezu...59 Obr.44 Otvírka plochého ložiska hruškou (kolej označena šipkou)...59 Obr.45 Grafické vyjádření předstihu skrývky a těžby...61 Obr.48 Harmonogram práce rýpadla při nakládání na dopravní prostředek...67 Obr.49 Ukázka harmonogramu dopravy...67 Obr.50 Způsoby zakládaných výsypek podle typů; A převýšené, B svahové Obr. 51 Využití dozeru na shrnování vyklopené skrývky z planiny...71 Obr.52 Půdorys třístranného navážení skrývek auty na výsypku...72 Obr.53 Základní parametry výsypky...72 Obr.54 Schéma výpočtu kapacity výsypky; Av roční postup, Vs roční objem skrývek, Vv objem výsypky, Lv délka tělesa výsypky, hv výška výsypky, f koeficient nakypření skrývky

5 Úvod do technologie těžby Studijní materiál je zaměřen na popis dobývacích metod těžby surovin uskutečňovaných na tenké vrstvě zemské kůry. Pro potřeby průmyslové výroby bude studium předmětu přehledně orientováno na povrchovou hromadnou těžbu surovin, základní metody vrtání hornin a trhacích prací pro povrchové dobývání. Právní podmínky dobývání a státní organizace pro povolování a dohled nad těmito pracemi objasní pozici dobývacích organizací. Lomové dobývání má různé fáze přípravy, odlišují se při dobývání nezpevněných, plastických či pevných surovin včetně rozpojování, nakládání a technologické dopravy prováděné na povrchu. Význam a náplň předmětu Technologie těžby je nauka s cílem vysvětlit postup nebo více možností řešení při provádění vyhledávání, přípravy a postupu dobývání surovin. Surovinová základna v České republice je využívaná několik staletí, ale intenzivní těžba byla rozvinuta až v posledních stopadesáti letech. Všechny hornické činnosti v České republice podléhají přísnému dozoru Státní báňské správy. Od právních podmínek dobývání se odvíjí veškeré povolování, projekční, přípravné, dobývací i rekultivační činnosti. K základním dobývacím metodám patří uvolňování svrchních vrstev hrnutím a rýpáním. Pro materiály s vyšší pevností jsou postupy dobývání komplikovanější. Surovinu je nutné rozpojovat. Při rozpojování jsou využívány různé metody provádění vrtů. Trhací práce slouží k uvolňování a současnému zdrobňování suroviny před další úpravou. Surovinová základna Pro dobývání ložisek z velkých hloubek povrchovým dobýváním jsou používány speciální metody hloubení a zajišťování vrtů pro těžbu ropy a plynu. Česká republika má pestré zastoupení nerostů. Jejich využívání se řídí možnostmi ložisek, tzv. kondicemi. Nerosty vymezuje Zákon č. 44/1988 Sb., o ochraně a využití nerostného bohatství (horní zákon), a ve znění mnoha navazujících pozdějších předpisů (16. znění je z roku 2007). Nerosty jsou jím rozděleny na vyhrazené a na nevyhrazené. Nerosty vyhrazené, nahromaděné v přírodě, v odpovídajícím množství a jakosti tvoří výhradní ložiska. Nerostné bohatství státu tvoří vyhrazené nerosty, dále jen výhradní ložiska a jsou ve vlastnictví České republiky. Na nevyhrazená ložiska se váže spojení s pozemkem, jsou jeho součástí. Ložiska, která jsou ložisky výhradními, zůstávají ve vlastnictví státu a jsou oddělena od pozemku. Pro vyhledávání a průzkum ložisek vyhrazených nerostů jsou organizace (i jednotlivé osoby) vázány Zákonem ČNR č. 62/1988 Sb., o geologických pracích. Organizace musí požádat Ministerstvo životního prostředí ČR o stanovení průzkumného území. U ložisek nevyhrazených nerostů stačí sjednat dohodu s vlastníkem pozemku. Zákonem č. 61/1988 Sb., o hornické činnosti, výbušninách a o státní báňské správě, ve znění pozdějších předpisů (21.znění k ) jsou dobývací činnosti výhradních ložisek hornickou činností. Dobývání ložisek nevyhrazených nerostů je činností prováděnou hornickým způsobem na povrchu. 4

6 Naše republika má dost dobře prozkoumané území, ale stav současných znalostí je neustále doplňován, aby odpovídal potřebám těžby. Stav surovinové základny ČR je průběžně sledován našimi i zahraničními experty a roční statistiky sledují těžbu i spotřebu nerostů u nás v porovnání se světem. Náš podíl těžby na světovém trhu se stále mění a odpovídá jeho měnícím se podmínkám. V období posledních deseti let došlo k přehodnocení stavu zásob. Původní klasifikaci prováděla Komise pro klasifikaci zásob ložisek nerostných surovin a další navazující komise. Dnes hodnotí a schvaluje zásoby Komise pro projekty a závěrečné zprávy MŽP (eventuálně zadavatelé geologických prací). Přehled těžených nerostných surovin v ČR udávají informace MŽP o skupině základních materiálů pro snadnější orientaci v problematice spotřeby různých těžených surovin. Energetické suroviny: uran, černé uhlí, hnědé uhlí, lignit, ropa, zemní plyn. Nerudní suroviny: grafit, pyroponosná hornina, vltavínonosná hornina, kaolin, jíly, bentonit, diatomit, živec, náhrady živců, písky sklářské, písky slévárenské, vápence a cementářské suroviny, dolomit, sádrovec. Stavební suroviny: dekorační kámen, stavební kámen, štěrkopísky, cihlářské suroviny. Statistiky z roku 2006 nabízejí údaje o stavebních surovinách, štěrkopíscích a dekoračním kameni. Ve výkazu těžených surovin k danému roku 2006 představují čísla úbytek objemu v porovnání s rokem Surovina Jednotka Dekorační kámen tis.m Stavební kámen tis.m Štěrkopísky tis.m V roce 2006 bylo v České republice registrováno výhradních a 728 nevýhradních ložisek nerostných surovin. Naproti tomu skutečný počet těžených ložisek byl jen 508 výhradních a 219 nevýhradních. Na území naší republiky je zaznamenán výskyt prakticky všech druhů běžných hornin. Pokud jde o geologický vývoj, je značně pestrý, protože se zde nalézají všechny geologické útvary. Všechny nerosty, vzhledem k zájmové skupině povrchového dobývání nazývané horninami, členíme na tři základní skupiny podle vzniku: 5

7 Magmatické horniny: hlubinné (granit - žula, syenit, diorit, gabro, granodiorit, gabrodiorit, peridotit aj.), podpovrchové (žilné, žulový porfyr, porfyr, aplit ), výlevné horniny ( trachyt, andezit, melafyr, ryolit, diabas, spilit, bazalt - čedič, znělec, tuf,..). Sedimentární horniny: mechanické (nezpevněné a zpevněné), klastické (písek, štěrk, slepenec, brekcie, pískovec, arkóza, droba, sádrovec, jílové horniny), organogenní (vápenec,křída, břidlice buližník, křemelina, fosfority, grafit, ropa a kaustobiolity), chemické sedimenty (halit, sádrovec, aragonit, travertin a onyx). Metamorfované horniny vzniklé přeměnou již existujících hornin obou předchozích skupin mohou mít pestré složení, zajímavé textury i struktury, některé vynikají barevností oproti původním horninám: břidlice, fylit, rula ortoruly a pararuly, migmatit, eklogit, granulit, amfibolit, mramor, rohovec, metakvarcit, skarn a řada dalších. Po připojení České republiky k Evropské unii se sjednocují původní normy ČSN ze všech oborů pod unijním dohledem. Proto platí nová Česká technická norma Přírodní kámen Terminologie ČSN EN (duben 2003). Výčet názvů hornin je v evropské normě upraven a vysvětluje se pomocí schémat. Řada hornin má proměnlivé podíly základního minerálního složení, které mají vliv na zpřesněný petrografický popis hornin. Vztah těžby a úpravy surovin k životnímu prostředí Těžba i úprava nerostů probíhá na celém území České republiky. Podmínky povolování těžby se liší podle stupně ochrany na dané lokalitě nerostu, nejbližšího okolí i širšího pohledu na krajinu. Na chráněných územích přírody v ČR se dobývalo v roce jen 42 výhradních a 17 nevýhradních ložisek. Zákon ČNR č. 114/1992 Sb., o ochraně přírody a krajiny upravuje činnost v těchto oblastech. Do zvláště chráněných území (ZCHÚ) přírody ČR jsou počítány: národní parky (NP) chráněné krajinné oblasti (CHKO) národní rezervace (NR) přírodní rezervace (PR) 6

8 národní přírodní památky (NPP) přírodní památky (PR). Celkem se jedná o plochu km 2, tj. 15,83 % území republiky. V roce 2006 bylo registrováno celkem CHKO z toho 4 národní parky a 25 chráněných krajinných oblastí. Oblast Českého krasu je nejvíce zatížená těžbou výhradních ložisek. Další oblasti v pořadí zatíženosti těžbou jsou Litovelské Pomoraví, Blanský les, Moravský kras, Třeboňsko a České středohoří, mají méně než polovinu zátěže Českého krasu vyjádřenou v t/km 2 za rok. Zákon zakazuje těžbu v národních parcích, přesto je možnost vytěžovat stavební kámen a písky pro potřebu staveb na jejich území. V ostatních chráněných oblastech těžbu zákon přímo nezakazuje, ale získat povolení těžby je dost komplikované. K hlavním důvodům omezení patří stavy místa před těžbou a po těžbě. Dochází k nevratným poškozením půdního povrchu. Rozsáhlejší změny reliéfu krajiny jsou rovněž nenapravitelné. Svoji roli hraje občanská aktivita, protože na těžbu navazuje úprava a transport vytěžených surovin. Hluk, prach, otřesy, vyšší dopravní zatížení a poškozování dopravních cest v okolí těžených lokalit jsou hlavní důvody zvýšené občanské aktivity. Pro povolování těžby jsou směrodatné i další vyhlášky. Vyhláška Ministerstva Poznámka: Automobilová doprava ve statistice z roku 2002 vykazuje průměrné hodnoty za EU 26,5 kg oxidu dusíku na obyvatele. Německo vykázalo pouhých 20 kg oxidu dusíku. Česká republika dosáhla 32,5 kg oxidu dusíku na obyvatele. (Zdroj Ročenka HN 2003/225). životního prostředí č. 175/2006 Sb., podle které se provádějí některá ustanovení zákona č. 114/1992 Sb., na povolení průzkumu a těžby je zásadní vliv zákona č. 100/2001 Sb., o posuzování vlivu na životní prostředí. Horní zákon ukládá těžebním organizacím povinnost zajistit rekultivaci území dotčené těžbou a vytvářet pro tuto činnost finanční rezervy. Základní technologické postupy a metody rozpojování hornin Pojem rozpojování ze širšího pohledu posuzuje stupeň rozpojování do pěti tříd. Každá třída vyhovuje omezenému množství horninového materiálu a technika, která se uplatní při rozpojování, je v praktickém použití omezená. Pět tříd nabízí jednoduché popisy, nejsou ovšem dost adresné: a) horniny velmi dobře rozpojitelné b) horniny dobře rozpojitelné c) horniny středně rozpojitelné d) horniny obtížně rozpojitelné e) horniny velmi obtížně rozpojitelné 7

9 Zatřídění hornin podle ČSN nabízí podrobnější členění. Do jednotlivých skupin zatřídí materiály s různým stupněm konzistence a soudržnosti: 1.třída 2.třída 3.třída 4.třída 5.třída 6.třída 7.třída a) rypné soudržné b) neulehlé nesoudržné (hlína, písek, štěrkovitý písek) a) lehce rozpojitelné soudržné b) nesoudržné, středně ulehlé, (písčitý štěrk, střední štěrk, stavební odpad) a) středně rozpojitelné soudržné b) nesoudržné ulehlé (písčitý štěrk, hrubý štěrk, rozložené skalní horniny, uhlí a) těžce rozpojitelné soudržné b) silně rozpukané a zvětralé c) kašovité konzistence (hrubý štěrk s malým množstvím kamenů, zvětralé horniny) a) snadno trhatelné b) silně rozpukané a zvětralé c) nesoudržné s kameny (hrubý štěrk s neomezeným množstvím kamenů, opuka, jílovitá a písčitá břidlice, zmrzlá zemina) a) nesnadno trhatelné (horniny z 5.třídy, avšak v mohutných lavicích) a) velmi nesnadno trhatelné (křemenec, rohovec, žilný křemen, žula, čedič, rula, rudy) Těžební metody pro rozpojování hornin jsou podle způsobu rozpojování: a) těžební metody se strojním dobýváním dozerem, skrejprem, rýpadlem, lopatovým nakladačem b) těžební metody rozpojování s použitím trhavin c) rozpojování impaktorem d) hydraulicky hydromonitory, sací bagry e) kombinované rýpání nebo rozrývání s nátřasnými odstřely f) výlom bloků pro kamenickou výrobu metodou odvrtávání, vyřezávání propalování, tedy postupy zajišťující celistvost vytěžené suroviny. 8

10 Vrtání hornin Vrtání je jedním ze způsobů jak vniknout do nerostu. Vrtání provádíme vrtačkou, vrtacím strojem nebo vrtací soupravou. Těmito stroji je v nerostu - hornině - vytvořen kruhový vrt nebo řady vrtů, které umožní hmotu masivu rozlomit na požadované rozměry usměrněným tlakem nebo rozpojit masiv na drobné části pomocí trhavin. Geologický průzkum zajišťuje informace z různých vrtů. Provozně průzkumné vrty pomohou doplnit informace o ložisku i v průběhu těžby. Vrty pro dobývání nerostů členíme do tří skupin: 1 Vrty průzkumné a) vrtáním na jádro (získáme hmotné vzorky ze zkoumaného území speciální vrtací technikou) b) vrty pro geofyzikální měření 2 Vrty v lomech a) vrty pro trhací práce hlavní činnost pro hromadnou těžbu pevných hornin. b) vrty k vyhledávání dutin c) vrty pro geologickou dorozvědku d) vrty odvodňovací e) vrty pozorovací 3 Pro hlubinnou těžbu a) vrty pro trhací práce b) vrty zavlažovací c) vrty degazační d) vrty odvodňovací e) vrty ke snížení nebezpečí horských otřesů Na povrchových lomech jsou vrty uplatněny pro geologickou dorozvědku. Na velkolomech při těžbě uhlí zjišťujeme dutiny z historické hlubinné těžby. Podobná situace je na vápencových lomech s výskytem skrytých krasových útvarů. Odvodňovací vrty jsou nutné při nebezpečí průvalu vod. Odvodňujeme stará důlní díla, zvodnělé horizonty a detrity. Odvodňujeme lomy na povrchu k udržení hladiny povrchových vod na počvě nebo pod úrovní těžby. Při ražení štol u hlubinné těžby jsou soustředěny prostředky na vyražení chodeb pro bezpečné dopravní cesty. Na povrchu jsou další inženýrské stavby připravované vrtáním, ražením tunelů, vrtáním základových sond pro novostavby a vrtáním studní. Každý druh vrtacích prací má speciální postupy práce i vyzkoušené průměry vrtů. Od maloprůměrových vrtáků s korunkami průměrů 22 mm, mm, středních velikostí s průměry mm až po velkoprůměrové vrty např. od 190 do 1500 mm pro speciální účely. 9

11 Základní pojmy vrtání, vrtatelnost hornin Horniny, které budeme vrtat, jsou složené z relativně malého množství minerálů, z tzv. hlavních minerálů. V té části tenké vrstvy pevné zemské kůry jsou zastoupeny silikátové minerály (křemen, živce, pyroxeny, amfiboly, slídy, granáty s foidy a mnoha dalšími) a menší společenství karbonátových minerálů. Představují pestrý společný základ pro magmatické i metamorfované horniny. Jednoduché horniny, např. vápenec, dolomit, křemenec, pískovec jsou tvořené převážně jedním hlavním minerálem,. Složené horniny jsou směsí různých minerálů. Pak označujeme přítomnost hlavních a vedlejších minerálů, které specifikují horninu a ovlivňují některé vlastnosti hornin, např. vrtatelnost. Zajímavá je přítomnost akcesorií, tj. zcela zanedbatelného množství některého minerálu, které naopak neovlivňují proces vrtání. Struktura hornin slohu je okem pozorovatelná na povrchu horniny. Struktury jsou hrubozrnné, středně zrnité, jemnozrnné až celistvé. Horniny s vysokými hodnotami pevnosti v tlaku, houževnaté, odolnější proti opotřebení, jsou obtížněji vrtatelné, oproti jiným méně pevným horninám. Textura horniny stavba ovlivní rychlost vrtání, tzv. vrtatelnost. V hornině, i při stejném minerálním složení, je stavba horniny výrazně ovlivněna místem vzniku. Místo vzniku počítáme podle utuhnutí horniny, stabilizace sedimentu nebo ukončení metamorfózy. Rozdílnosti jsou ve struktuře i v textuře. Jsou odlišné u hlubinného tělesa, v mohutných nepravých žilách, v malých tělesech pod povrchem nebo ve výronu magmatu. Proudová textura ovlivní opracovatelnost, protože vnitřní struktury jsou uspořádány Všesměrná textura dává záruku vysoké kvality suroviny. Tělesa značných rozměrů mají také rovnoměrnou strukturu, nemění se fyzikálně mechanické vlastnosti horniny. proudem chladnoucích hmot. Ovlivní hodnoty pevnosti v tlaku i v tahu za ohybu, trvanlivost, štípatelnost, ale hlavně vrtatelnost horniny. Při následném rozpojování horniny trhavinami je v projektu zohledněna orientace textury. Vrtatelnost horniny je hodnotou, která vyjadřuje obtížnost vrtání konkrétní horniny. Je souhrnem fyzikálně mechanických vlastností hornin, které ovlivňují základním způsobem rychlost vrtání. Snahu vyjádřit pomocí nejrůznějších hodnot vrtatelnost pro konkrétní materiály nemůžeme definitivně uzavřít. 10

12 Tabulka pro hodnocení vrtatelnosti dle Protoďjakonova. 11

13 Faktory ovlivňující vrtatelnost jsou: geologické pevnosti v tlaku, tahu, smyku, soudržnost, vlastnosti přítomných minerálů, smočitelnost technické vlastnosti nástroje typ nástroje, geometrie, materiál, způsob opracování materiálu technologický režim otáčky, přítlak současné vnější podmínky teplota, napěťový stav masivu, chemismus (horniny, vody, plynů). Některé hodnoty jsou neměnné, dále jsou převážně neovlivnitelné a jen u některého jsou možnosti regulovat nebo dokonce volit jiný postup. Pro objektivní klasifikaci vrtatelnosti se dá spoléhat na vrtací zkoušky. Používal se základní typ pneumatického vrtacího kladiva VK-21-3, pro srovnání výsledků bylo použito průměru z nejméně pěti vrtů s jednobřitou korunkou o průměru 36 mm a tlaku vzduchu 0,5 MPa. Nejstarší užívaná klasifikace je od Protodˇjakonova M.M st. (1908) a po úpravě od Protodˇjakonova mladšího. Tuto souhrnnou charakteristiku obtížnosti vrtání rozdělenou do deseti tříd vyjadřuje součinitelem pevnosti f p. Tento součinitel poměřuje vztah velikosti práce pro rozpojení k pevnostem horniny v tlaku a v tahu a k dalším mechanickým vlastnostem. Rozdílnosti v hodnocení vrtatelnosti podle rychlosti vrtání a podle součinitele pevnosti f p je uvedeno v předchozí tabulce 1. zákon pro rozpojování předpokládá, že energie potřebná k rozpojení je úměrná povrchu nově Množství práce, kterou chceme zjistit při vrtání, se může přirovnat odpovídající přeměně nově vzniklých povrchů uvolněných zrn. Podle Rittingera definovaný energetický vzniklých zrn. U hornin s vyšší pevností v tlaku nad 200 MPa jsou rozdíly vypočtených výkonů výrazně odlišné. Vrtáním vytváříme kruhové díry, při použití mechanismů jsou přibližně válcového tvaru a přímé. Pokud dochází k vrtání, které směřuje v těžišti souběžně s gravitační silou, je tato přímost dodržena. Výjimka v přímosti nastane při zvýšeném přítlaku na vrták a odchylování vrtu do bočních měkčích poloh. Metody vrtání Metody vrtání využívají mechanický nebo fyzikální princip. První skupina pro mechanické metody využívá nárazu, řezání a vybrušování horniny. Mechanické postupy byly v praxi využité jednotlivě i v kombinacích. Druhou skupinou vrtacích metod jsou fyzikální metody. Patří k nim využití tepla, vodního paprsku a aplikace laseru. I zde jde stále o vytvoření vrtu do horniny. Právě aplikace fyzikálního procesu je již dobře využita na vyřezávání drážek v horninách pomocí vysokotlakého vodního paprsku. Pro lomové dobývání pevných hornin, hornin málo zpevněných, pro vytváření přístupů k ložiskům a vytváření lomových komunikací je nezbytné vrtacími pracemi připravit dobré podmínky pro trhací práce. Tomu musí odpovídat zvolené průměry vrtů, potřebné hloubky vrtů i odpovídající schémata vrtů pro plošné trhací práce. 12

14 Rozhodující vliv mají mechanické principy vrtání. U nich bereme v úvahu podmínky daného provozu: 1 surovina se všemi způsoby hodnocení vyhovuje (struktura, textura, pevnost v tlaku a tahu, pevnost ve smyku, pružnost a plastičnost ). 2 výběr vrtného nástroje (průměr, typ, počet břitů, úhel břitů, řezný úhel ). 3 technologie vrtání (počet otáček, přítlačná síla, způsoby chlazení nástroje, vynášení vrtné drtě, polohy vrtání, úklon vrtu ). Obr.1 Diagram vrtacího kladiva VK-24, dosažené výkony za různých tlaků Obr.2 Vliv otáček nástroje na parametry vrtání Křivky 1 až 3 zobrazují závislost tloušťky třísky s na otáčkách n. Křivky 1 až 3 zobrazují závislost čisté rychlosti vrtání v n na otáčkách n. 13

15 Rozbor druhů vrtacích metod na mechanickém principu 1 Nárazové vrtání využívá k rozrušování horniny údery dláta o veliké hmotnosti. Dláto se spouští z výložníku lanem a opakovaně se zvedá do doby vytvoření dostatečného množství kalu. Do vrtu je přidána voda, která postupně zahoustne kalem. Dláto se musí občas vyzvednou z vrtu a speciální nádobou kalovkou, se drť s kalem odstraní. Výkony vrtání jsou velmi malé. Metoda se využívala na velmi tvrdých a křehkých horninách, např. na bazaltech. Obr.3 Proces rozpojování nárazem 2 Rotačně řezné vrtání vrták má břity, které vnikají do horniny. Tvar břitů a úhly řezných hran jsou nastaveny k odřezávání třísky. Její tloušťka odpovídá druhu dobývané horniny, obvykle menší pevnosti. Přítlak na nástroj je volen podle průměru korunky a druhu horniny. A Obr.4 Charakter rotačně řezného (A) a rotačně příklepného vrtání (B) B 14

16 3 Valivé vrtání nástrojem je valivé dláto, které se otáčí ve vrtu. Valivé dláto má několik ozubených kotoučů kuželového tvaru. Aktivní části valivého dláta má nasazené roubíky kulovitého tvaru nebo hroty a výstupky ze slinutých karbidů. Valivá dláta mají větší průměry. Využívají se na vrtání větších profilů na měkkých až středně tvrdých horninách. Obr.5 Valivá dláta pro měkké horniny 4 Příklepné vrtání vrták po každém příklepu pístu na hlavu vrtáku vytvoří vrub do horniny. Kinetická energie způsobí odskočení vrtáku ode dna a současným pootočením při tomto zpětném odskoku je vrták připraven dopadnout na jiné místo. Postupným rozrušování dna vruby vrtáku je dosaženo velké rychlosti vrtání. Obr.6 Mechanismus tvorby třísky u příklepného vrtání Obrázek ukazuje zóny rozrušení horniny po nárazu břitu, vznik primárních a sekundárních trhlin. Tato metoda má dvojí řešení. Může pracovat s vrtacím kladivem vnějším nebo ponorným vrtacím kladivem. U příklepného vrtacího kladiva vnějšího je těžké sáňové kladivo stále na povrchu. Po každém prohlubování vrtů je nastavením dalšího dílu soutyčí energie příklepu tlumena. 15

17 Pro příklepné kladivo ponorné je na dno soutyčí namontováno ponorné kladivo. Má shodný průměr s vrtacími tyčemi a vrtací korunkou. Předávaná energie z kladiva na vrtací korunku vykazuje jen malé ztráty tlaku i rázové energie. Obr.7 Jednobřitá korunka s kanálky v řezu a křížová korunka Rotačně příklepné vrtání je kombinací vrtání příklepného a rotačně řezného. Nástroj se otáčí, na vrtací korunku účinně působí příklep. Řezné hrany vrtáku jsou stálým přítlakem schopny odřezávat třísku horniny. Příklepy vyšší frekvence nahrazují přítlak, současně se prohlubuje hloubka třísky a to vše v kontinuálním procesu vrtání zajistí vyšší výkon vrtání. Ve srovnání s rotačně řezným vrtáním je na vrták přítlak nižší, ale je vyšší než u vrtání příklepného. Otáčky nástroje jsou rovněž trochu nižší, kroutící moment je v úrovni potřebné pro rotačně řezné vrtání. Vrtání probíhá kontinuálně. Dráha hrany břitu po každém příklepu mění počáteční hodnoty o vytvořený vrub s přechodem do šroubovicové plochy. 16

18 Obr.8 Přehled principů rozpojování hornin vrtáním Obr.9 Vrtací souprava pro vrtání clonových odstřelů Vrtací práce v lomových provozech provozujeme: 1) vrtacími soupravami 2) vrtacími sloupy nebo vrtacími agregáty 3) ručními vrtacími kladivy Vrtací soupravy jsou vrtací stroje umístěné na podvozku. Mají kolový nebo housenicový podvozek. Všechny pracovní úkony jsou značně zmechanizované. 17

19 Podle způsobu práce vrtací jednotky jsou používány převážně vrtací soupravy příklepné. Pracují buď s vnějším nebo ponorným kladivem. Průměry vrtacích korunek jsou v rozsahu mm. Plně mechanizovaný zásobník pro 8 vrtacích tyčí Odlučovač prachu a další zařízení Ocelový bezp.rám brání vypadnutí vrt.tyčí 24V baterie Hydraulické motory pojezdu Sací hubice řízená z kabiny, snadná kontrola vynášení prachu Pásový řetěz s prodlouženou životností Hydraulické ovladače pro bezpečnou obsluhu i kontrolu Obr.10 Vrtací souprava Atlas Copco pro vrtání CO Soupravy používáme pro přípravu hromadných odstřelů. Běžné hloubky vrtání jsou určovány projekty trhacích prací. Běžně se v dobývání používají clonové odstřely (CO), pro které musíme provádět řady vrtů o hloubkách od 15 do 25 m. Soupravy mohou vrtat i do větších hloubek. S rostoucí hloubkou se výkon vrtání snižuje. Rostou problémy s vynášením vrtné drti k ústí vrtu. Drť se navíc dále zmenšuje (druhotné zmenšování). Při vrtání se na vrtáku otupují hrany. Jejich pravidelná kontrola před začátkem vrtání a po určitých ověřených intervalech je nezbytná. Míra přípustného otupení má vycházet na celé násobky vrtu. Ztrátám zamezíme při včasné výměně vrtacích korunek. Během vrtání do vrtu je postupně prodlužováno soutyčí o standartní délky dílců náhradních soutyčí. 18

20 Vrtání vrtacími soupravami Pracovní využití horního sáňového kladiva (TH Top Hammer): používají se tyče menšího průměru kladivo přiklepává shora na soutyčí s rostoucí vzdáleností klesá účinnost příklepu směrová odchylka je přijatelná i při hloubce přes 25 m odchýlení vrtu způsobí neúměrný přítlak soupravy na vrtací korunku a soutyčí. Pracovní využití ponorného kladiva (DTH Down The Hole): dosahuje se větší hloubky vrtu kladivo přiklepává u čelby vrtu, má tedy stálou účinnost vrtání dosahujeme konstantní rychlost vrtání používá vrtací tyče většího průměru s rostoucím průměrem soutyčí roste jejich tuhost snižuje se odchylka vrtu z přímého směru lépe je vynášena vrtná drť snižuje se riziko uvíznutí nářadí ve vrtu relativně nízká produktivita vrtání vysoká měrná spotřeba paliva Obr. 11 Vyznačení základních funkcí vrtací soupravy s horním sáňovým kladivem Vrtací práce v lomech pro výrobu kameniva Vrtání hornin zahrnuje kolem 10 % celkových nákladů na těžbu surovin. Dalším nákladem jsou trhací práce, které představí rovněž 10 % nákladů. Nakládání, přeprava do úpravny jsou v rozsahu 30 %, na zpracování drceného kameniva zbývá kolem 50 %. Ačkoliv 19

21 trhací práce nejsou objemem převažujícím, bude každá chyba při vrtání zvyšovat náklady výroby. Obr.12 Nastavení vertikálních parametrů pro vrtací soupravu Chyby při vrtání vznikají: 1) Když na etáži je šikmá plošina, když vrtáme nestejné délky vrtů (výška etáže se výrazně mění). Předchozí vrty neměly stejnou hloubku, protože se nedodržovala projektovaná výška. Výsledkem špatného vrtání jsou nerovnoměrné etáže, nestejné výšky. 2) Když je nedostatečně ukotvená vrtací souprava v ústí vrtu nelze zaručit předepsaný sklon vrtů. 3) Když je nevhodně zavrtán vrt bez ohledu na směr a úklon vrstev horniny. 4) Když korunka kopíruje přirozené odlučné plochy v hornině. 20

22 5) Když není dodržen předepsaný průměr vrtací korunky. S rostoucím průměrem se zvyšuje přesnost vrtání. Odhaduje se odklon vývrtu při vysoké etáži nad 15 m o 5 až 7 (při výšce 15 m to činí 1,3. 1,8 m). Obr.13 Nastavení horizontálních parametrů pro vrtací soupravu Dobré postupy vrtání ovlivní náklady těžby. Zkušenosti shrneme do několika bodů: 1) Přesné vrtání souvisí se správnou volbou záběru a ovlivní měrnou spotřebu trhavin. 2) Správné rozmístění vývrtů ovlivní fragmentaci rozvalu. 3) Dojde ke zvýšení produktivity primárního drcení. 4) Sníží se opotřebení nakládacích a přepravních prostředků. 5) Omezí se seismický účinek tzv. utopených náloží. 21

23 Obr. 14 Přehled vrtacích korunek pro řadu evropských výrobců vrtacích souprav 22

24 Obr. 15 Jednotlivé díly ve vybavení vrtací soupravy 23

25 Obr. 16 Možnosti sestavy vrtacího soutyčí 24

26 Obr. 17 Diagram efektivnosti pro sledování různých způsobů vrtacích metod Vrtací sloupy nesou podle typu konstrukce lehká, středně těžká až těžká vrtací kladiva. Jednoduchý rám slouží pro stabilizací ležení stroje a je zakotven na horninovém masivu v horizontální poloze. Lafeta nese posuvový motor s řetězem a saně s vrtacím kladivem. Existují vrtací sloupy pro dva i více vrtacích kladiv na jednom rámu. Vrtací sloupy se používají pro rychlé a přesné vedení vývrtů v požadovaném sklonu. Přednostně jsou využívané v lomech pro těžbu celistvých bloků k dalšímu kamenickému zpracování. Vrtací korunky jsou malých průměrů o rozměrech mm. Průměry používaných korunek jsou závislé na zvoleném způsobu rozpojování navrtaného masivu. Hloubka vrtů je běžně do 3 m, max. do 6 m. Pro těžbu bloků užíváme pro trhací práce černý trhací prach. Dále rozpojujeme hydroklíny nebo Cevamitem. 25

27 Obr.18 Vrtací sloupy pro těžbu kamenických bloků Ruční vrtací kladiva jsou na povrchu dosud používána pro zakládání vývrtů při těžbě bloků a uvolňování málo přístupných partií v lomech sekundárními trhacími pracemi. V podzemí jsou vrtány díry pro ražení štol při přípravě komorových odstřelů a ražení štol malých profilů. Jde o fyzicky velice náročné vrtací práce. Vrtací kladiva se podporují pneumatickými podpěrami. kamenickou výrobu navrtáváním a rozlomem pomocí pérových klínů nebo hydraulických Vrtací korunky pro ruční vrtací kladiva mají průměry od 22 do 42 mm. Tato lehká ruční pneumatická kladiva jsou použitelná i pro přípravu dělení suroviny pro hrubou klínů. Hloubka odvrtávaných bloků je prováděna do 2 m, výjimečně do 3 m. Vynášení vrtné drtě Vrtáním rozrušená hornina podle charakteristické struktury uvolňuje zrna různé velikosti. Zrna nepotřebujeme opakovaně zmenšovat a rozmělňovat. Prodlužování pohybu přiklepávaného nástroje, případně zmenšování zabírané třísky je nežádoucí. Zvyšuje se podíl spotřebované energie na jednotku vývrtu. Objem vrtné moučky na dně vývrtu by se zvětšoval. Způsoby vynášení drti: a) volným pádem b) šnekovým vrtákem c) výplachem kapalinou d) odsáváním e) výfukem vzduchem f) výfukem vzduchem g) výplachem vodní mlhovinou 26

28 Vynášení prachu volným pádem se uplatní jen při dovrchních vývrtech. S ohledem na zdraví je vrtání v úklonech nad +60 a s volně padající prachem zdraví škodlivé. Používalo se při vrtání kladivem s pneumatickou podpěrou nebo mobilní vrtací soupravou pro ražení. Obr.19 Vrtací kladivo s centrálním výplachem Vynášení drti šnekovým vrtákem bylo vhodné u rotačního vrtání ručními nebo stojanovými vrtačkami. Uplatnilo pro vrtání velmi měkkých materiálů. Obr.20 Vrtací kladivo s bočním výplachem a) Centrální výplach vodou je efektivní a bezporuchový. Mimo přivádění vody byl Používání výplachu kapalinou představuje způsob, který je velmi hygienický. Způsob přivádění kapaliny je snadný, voda protéká kanálkem ve vrtné tyči až na dno k vrtací korunce. U korunek byly boční kanálky pro protékání vody nebo vzduch. Pro hlubší vrty jsou soutyčí vybavena podobně. Voda se snadno dostane až na dno. Vrták i kámen je omýván a po obvodu vývrtu vodní sloupec vynáší vrtnou měl i hrubší zrna. Pro vrtací kladiva bylo upraveno přivádění vody dvěma způsoby: úspěšný také systém vzduchovodní výplach. Přes dvě koncentricky uložené trubičky se samostatně přiváděl vzduch i voda. Oproti centrálnímu výplachu se tlak výplachové vody musel udržovat nižší než tlak vzduchu. Pro dovrchní vrty byl lepší boční výplach. b) Boční nebo spodní výplach, kde je voda přiváděná výplachovou hlavou. Objímka s těsnícími vložkami a mezikružím, zeslabuje konstrukci. Připojení objímky bylo zdrojem poruch a výměna tyčí byla komplikovanější. Drť s prachem odsáváme od kladiv přímo nebo nepřímo. Přímé odsávání je centrální, vyžaduje větší průměry vnitřního kanálku v tyčích. Přes kladivo je vedena odsávací trubička. Při použití metody nepřímého odsávání se zakrývá ústí vrtu krytkou (zátkou, čapkou). Od ústí se musí dále všechen prach odsávat. Pro malá kladiva s manuální obsluhou není odsávání používáno. Je vhodná pro dobře vybavené vrtací soupravy s filtrací, kde je prach odsáván již od ústí vrtu. Výplach vodní mlhovinou je vhodný pro vrtací soupravy pracující s ponorným kladivem. Stlačený vzduch v soutyčí je doplněn malým množstvím vody (0,15 až 0,3 % objemu vzduchu). Mlhovina odchází výfukem z kladiva. Řídké bláto zanáší okolí vrtání a sedimentuje. Lepší výsledky byly v cizině dosaženy používáním pěnotvorného smáčedla. Vynášený zvlhčený prach na povrchu pění, tvoří s prachem shluky. 27

29 1 centrální odsávání 2 vrtací podpěra 3 přívod vzduchu do kladiva 4 odsávací hadice 5 filtrační skříň 6 přívod vzduchu po ejektor 7 olejovač 8 hlavní přívod vzduchu Obr.21 Ruční vrtací souprava s podpěrou a vynášení vrtné měli vodou Výfuk prachu stlačeným vzduchem je používán na individuálních vrtacích pracích malými vrtacími kladivy. Při práci v hlubině je tento postup zakázán. Na povrchu jsou doporučené postupy vynášení drti zanedbávány či přímo ignorovány. Používaná vrtací kladiva pro individuální práci jsou vybavena pro vodní výplach. Týká se to hlavně tradiční blokové těžby. Fyzikální způsoby rozpojování kamene Zvláštní případ vynášení se uplatnil u nárazového vrtání. Vrták byl upevněn a spouštěn na laně a do vrtu se přilévala voda. Po určitém čase bylo na dně vývrtu dostatek kalu s drtí a prachem. Vrták se vyzvedl z vrtu a pak byla do vrtu spouštěna kalovka, kterou se vynášel kal. Rozpojování termické Působením ohně na kámen se v minulosti těžil kámen. Nová metoda uplatňuje působení plamene na kámen. Kámen je plamenem narušován při teplotách do 1500 C. Jednotlivé minerály zvětšují svůj objem a vzniká mezi nimi napětí. Nejvýraznější zvětšení vykazuje křemen, proto byla tato metoda úspěšně uplatněna na granitech a horninách s vyšším obsahem křemene (křemence, rohovce). Při vrtání dochází k odštěpování zrn po ploškách. Mimo vrtání byla tato metoda úspěšně použita při uvolňování těžební hlavy v lomech pro těžbu bloků. Místo vrtů vytváří trysková termická souprava souvislé řezy prakticky neomezené délky a hloubky dané konstrukcí tyče s hořákem (cca až 6 m). Při hoření je palivo (kerosin, nafta, benzin) obohacováno stlačeným vzduchem nebo přídavným kyslíkem. Některé soupravy byly konstruovány na spalování paliva s technickým kyslíkem. Firma Union Carbide přišla na trh s prvními soupravami systému kerosin + kyslík + voda (na chlazení systému hořáku). Firma Browning prosadila systém nafta + stlačený vzduch (bez vody). Méně náročný systém, bez kyslíku, podává o něco nižší výkony. 28

30 Vysokotlaký vodní paprsek V současné době je zájem využít tento fenomén v nejširší možné míře. Vysokotlaký vodní paprsek umožní velmi přesné dělení nejrůznějších materiálů (od papíru, textilu, potravin až po pevné oceli a litiny). Termické vrtání hornin je při těžbě bloků kamene doplněno širokými vertikálními i horizontálními řezy. Tlak vody vyvinutý multiplikátorem dosahuje hodnot přes 200 MPa. Před mnoha desítkami let prokázali francouzští vědci, že při dosažení tlaku přesahující 50 procent hodnoty pevnosti v tlaku horniny dochází k jejímu narušování. Obr.22 Propalování drážky v lomové lavici Hydraulické procesy v primitivní formě se uplatnily na těžbě málo zpevněných sklářských písků tryskači. Moderní tryskače pracující s vyšším tlakem se uplatnily při narušení těžené uhelné sloje. Jiné fyzikální způsoby vrtání a jiné narušování materiálů jsou: 1) vrtání laserem (zatím ve stádiu intenzivního zkoumání) 2) vrtání ultrazvukem (dosud malá účinnost 3) koncentrovaným elektromagnetickým zářením (jde o působení velmi krátkých vln: je založeno na tepelném účinku těchto vln v dielektrickém prostředí. Došlo i na pokusy rozpojení nadměrných kusů i na vrtání, výsledky mají hodnotu experimentů) 4) explozivní vrtání (malými usměrněnými náložemi podávanými postupně do vrtu dosáhnout prohlubování vrtu) 5) zkoumána účinnost vody ve vrtu, se dvěma elektrodami, mezi nimiž vznikají elektrické oblouky. Jejich praktické výsledky nemají v současné době průmyslové využití. Chemické procesy či fyzikálně chemické možností rozrušování hornin Patří k nim prosté rozpouštění, změna skupenství, loužení. Prosté rozpouštění uplatňujeme při těžbě soli. Přivedená voda se z ložiska opět odejme, vyčerpává se solanka. 29

31 Příkladem využití procesu změny skupenství pro těžbu je síra. Zahříváním se mění ve skupenství kapalné až plynné. Loužení se používá při získání kovů z rud (příkladně měď) nebo uranu. Ložisko se musí vhodně rozrušit, k snadnějšímu pronikání roztoků do masivu, aby se proces loužení urychlil. Loužící roztoky obsahují vybrané mikroorganismy, které mají urychlit loužící proces. Trhací práce Úvodem krátký výčet ze základních pojmů z trhací techniky. Výbuch je fyzikální nebo chemický děj, který náhle uvolní velké množství energie. Výbuchy se podle různých zdrojů rozdělují: a) mechanický (stlačený vzduch) b) elektrický (elektrický výboj) c) jaderný (nukleární štěpení) d) chemický (chemická výbuchová přeměna) Chemická výbuchová přeměna Proces výbuchové přeměny je reálný za určitých podmínek ve dvou stádiích jako: výbuchové hoření - Proces hoření je pomalý, rychlost je menší 1000 m/s, charakterizuje se značným vývinem plynných zplodin. detonace Proces výbuchové přeměny je rychlý, detonační rychlosti jsou od 1000 do 9000 m/s. Výbuchová teplota se pohybuje mezi 2000 až 5000 C, hodnota detonačního tlaku dosahuje až 10 5 MPa. Obr.23 Průběh výbuchového hoření (vlevo) a detonace (vpravo) Látky schopné chemické přeměny mají velice různé složení a vlastnosti. Trhací práce vyžadují vysokou míru bezpečnosti při přípravě, manipulaci a používání. Výběr chemikálií musí splňovat všechny požadavky bezpečnostních předpisů. Pro průmyslovou potřebu jsou předpisy vydávány Českým báňským úřadem. Chemické látky použité k trhacím činnostem dělíme na: střeliviny třaskaviny trhaviny 30

32 Střeliviny jsou charakteristické explozivním výbuchovým hořením, jsou citlivé na přímý oheň, na tření aj., využívají se pro nejrůznější náboje pušek, dělostřeleckých nábojů, raket. Příklady látek: střelné prachy, pyrotech.směsi, černý trhací prach (obch. název Vesuvit TN, využívá se pro těžbu bloků kamene). Třaskaviny mají velikou schopnost přejít z výbuchové přeměny na detonaci, stačí minimální podnět. Označují se jako výbušniny přímé. Jsou charakteristické velkou detonační rychlostí a vysokou brizancí. Používají se k přípravě rozněcovadel a k iniciaci náloží. Příklady látek: azid olovnatý, azid stříbrný, třaskavá rtuť. Trhaviny jsou průmyslově vyráběné látky odolné proti podnětům k výbuchu. K detonaci jsou uvedeny jen velmi silným podnětem (rozněcovadlem). Všechny trhací prostředky před uvedením do průmyslového používání jsou opakovaně a velmi důkladně zkoumány. Výsledky zkoušek ovlivní budoucí užívání podle povolení udělené Českým báňským úřadem. V následujícím přehledu jsou bez podrobného popisu uvedeny některé známější charakteristické zkoušky: výbuchové teplo výbuchová teplota pracovní schopnost (podle Trauzla, v balistickém hmoždíři) brizance výbušnin (podle Hessa, podle Kasta) detonační rychlost přenos detonace detonační schopnost citlivost k iniciaci kompresní vlnou stanovení dolního mezního průměru nálože citlivost trhavin k nárazu teplota vzbuchu odolnost výbušniny vůči teplotě bezpečnost trhavin pro použití ve výbušném prostředí odolnost trhavin vůči vodě hustotu výbušnin (absolutní, relativní, gravimetrickou, náložovou) Pro průmyslové využití jsou vlastnosti trhaviny upravovány 1. flegmatizací (pro snížení citlivosti výbušnin vosky, oleje, parafin, vazelina), 2. senzibilizací (pro zvýšení citlivosti, pro úpravu bodu tání nad C, tvrdé prášky síran barnatý, sklo, pentrit, hexogen ). Stálost výbušnin a citlivost k vodě Balení trhavin je upraveno tak, aby odolávalo běžné vlhkosti. 31

33 U plastických a poloplastických trhavin je závadou vypocování nitroesterů, projevují se mastné kapky na povrchu náložek (nutno odlišit od kapek vody, protože nitroestery se nemísí s vodou!). S takovými trhavinami manipulovat opatrně, nepoužívat k další trhací práci, ale urychleně likvidovat výbuchem. U sypkých trhavin je složka, která snadno přijímá vzdušnou vlhkost, dusičnan amonný. Na povrchu otevřených obalů mohou být kapky vody. Trhavina je celkem bezpečná, ale přesto se musí přednostně spotřebovat. Odolnost proti vodě mají elektrické rozbušky a plastické trhaviny. Rovněž určité druhy sypkých trhavin jsou přímo označeny za vodovzdorné. Menší odolnost mají střeliviny a některá rozněcovadla. Malou odolnost má černý trhací prach Vesuvit TN používaný při těžbě bloků kamene. Výskyt výbuchových zplodin Výbuch je produkt chemické reakce. Plynné zplodiny obsahují především vodní páry, oxid uhličitý a dusík. Méně jsou zastoupeny další zplodiny a tuhé zbytky. Plyny po trhací práci jsou nedýchatelné a vždy jedovaté. Zvlášť jedovaté jsou zplodiny s obsahem CO a s podíly oxidů dusíku! Pro trhací práce v podzemí platí velmi přísné podmínky. Zásadně jsou povoleny jenom trhaviny důlně bezpečné. Tyto trhaviny musí navíc vykazovat poměrnou bezpečnost vůči zapálení výbušného prostředí uhelného prachu a vzbuchu plynu (metan nebo hybridní směsi). Trhaviny mají vždy vyrovnanou kyslíkovou bilanci. Použití důlně bezpečných trhavin je schvalováno podle konkrétního stavu podzemních pracovišť. Průmyslové trhaviny rozdělujeme podle několika kriterií: A) podle tvárnosti 1 trhaviny plastické, jsou tvárné, těstovité, (obsahují přes 15 % trhací želatiny) 2 poloplastické (obsahují od 5 do 15 % trhací želatiny) 3 sypké práškové, zrněné (obsahují ledek amonný) 4 tuhé některé speciální náloživo (lisované nebo lité) 5 tekuté trhaviny označované slurry (mobilní zařízení pro přípravu na lomové etáži, naplní se přímo do vývrtů). B) podle místa spotřeby: 1 povrchové trhaviny pro CO, KO, PO, sekundární práce, 2 důlní skalní trhaviny v dolech bez nebezpečí výbuchu prachu, plynů, důlní otřesů a průtrží, 3 důlně bezpečné trhaviny v dolech s výskytem rizik, a) protiprachové, b) protiplynové I. kategorie, c) protiplynové II. kategorie, resp. III. kategorie. C) podle druhu náložek a) volně sypané - pro CO, KO, PO, b) pytlované trhaviny pro KO, 32

34 c) velkoprůměrové náložky - přes průměr 50 mm, d) maloprůměrové náložky od 23 do 48 mm, e) příložné náložky destičky, f) lisovaná trhavinová tělíska (pro zvýšení počinu nálože) Složení trhavin mají tyto základní části: a) výbušinové sloučeniny b) okysličovadla c) paliva d) pomocné směsi Přítomnost dalších přísad ve směsi není nezbytná, ale u průmyslových trhavin jsou přísadami upravovány některé vlastnosti (snížení teploty výbuchu, vodovzdornost aj.). Výbušinové sloučeniny Skupina organických látek nitrolátky (např. tritol, dinitrotoluen), nitroestery (např. nitroglycerin, nitroglykol, nitrocelulóza), nitraminy (např. hexogen, oktogen). Okysličovadla K vyrovnání kyslíkové bilance mimo nitroglycerinu a nitroglykolu jsou potřebné u všech dalších trhavin, zejména pro hlubinu. Vhodné jsou dusičnany: dusičnan amonný, dusičnan draselný, dusičnan sodný. Paliva Vyhovují jakékoli organické látky: dřevní moučka, olej, nafta, saze, vosky, celulóza, uhlí. Obsah paliv působí na hodnotu výbuchového tepla. K palivům patří také práškové kovy a jejich slitiny. Přísady Jsou to látky pro úpravu některé vlastnosti trhaviny. Některé trhaviny jsou upravené na vyšší vodovzdornost. K tomu nás nutí drsné provozní podmínky v lomech. Přidává se zvýšený obsah trhací želatiny. U sypkých trhavin jsou přidány DNT, vosky a stearany. Pro úpravu konzistence jsou přidány mletý vápenec, mletá křída a také látky již dříve uvedené jako paliva uhlí, dřevní moučka, celulóza. Barviv je použito pro lepší vyznačení druhu trhavin (skalní trhaviny jsou červené od oxidu železa). Přehled trhavin Průmyslové trhaviny plastické (starší užívaný název želatinované) obsahují trhací želatinu % (v mezích od 15 do 60 %). Toto množství trhací želatiny zajistí trvale tvárný stav náložek. Trhaviny s názvem Perunit 20, Danubit 1 a 2, Danubit Geofex, Poladyn, Obrysit, Semtex 10, Semtex 1 H, Dynamit skalny 5 G 1 (POL), Gelamon 30 (SRN), trhaviny tuzemské i dovezené (Istrochem, Slovensko). 33

35 Průmyslové trhaviny sypké (starší užívaný název amonoledkové) mají sypkou konzistenci. Sypká směs obsahuje dusičnan amonný s výbušnými přísadami např. trhací želatinu (do 5 %). Podle přísad jsou dvě skupiny sypkých trhavin: Skupina amonitů (hmotnostní podíl ledku ku tritolu je 78:22). Skupina amonalů (shodně s amonity je navíc příměs hliníku). Jsou to trhaviny s názvy Permonex V 19, Permon 10, Syntesit V 18, Karpatit, Polonit V. Trhaviny typu DAP (dusičnan amonný a palivo), jsou rovněž sypké. Původně se připravovaly na místě před odstřelem. V současnosti jsou DAPy dodávány po průmyslové přípravě. Balená sypká trhavina DAP 1 je dodávána v náložkách o průměru 65 mm/1,5 kg, průměru 90 mm/2,8 kg a pytlovaná. Trhaviny DAP 2 a DAP 3 jsou jen pytlované nebo v lepenkových krabicích po 30 kg. Trhaviny poloplastické obsahují trhací želatinu jako plastifikační přísadu v množství od 5 do 15 %, ale nezaručuje trhavině trvalou plastičnost. Trhaviny plastifikované vodou či emulzní trhaviny. Typ Permon Extra 9 je z dusičnanu amonného (krystalického, hydrofobního), tritolu (šupiny), vody, roztoku dusičnanu amonného a želatinátoru. Po smíšení na speciálním voze, přímo v lomu, se trhavina tzv. slurry adjustuje do vrtů pro clonové odstřely. Moderní trhavina Emsit je v prvé fázi vyrobena z nevýbušných látek dusičnanu amonného a sodného, emulgátoru (olein a louh sodný), vody, paliva (oleje, vosky). Ve druhé fázi se vytvoří výbušná emulze přidáním fyzikálního senzibilizátoru (exp.perlit). Nevýhodou těchto trhavin je jejich použitelnost hlavně pro velkoprůměrové nálože a potřeba brizantního počinu. Speciální náložky jsou uplatněny na zvláštní druhy trhacích prací. Jde o lité nebo lisované náloživo s vysokou brizancí. Dále to jsou plastické trhaviny zvláštní povahy např. pro těžbu ropy jsou použité pro tzv. perforační vrty. Pro geofyzikální výzkum použijí trhavinu pro měření rychlosti vln v horninovém masivu. Výbuchem můžeme formovat kovový materiál, pro tzv. tváření kovů jsou potřebné limitované náložky lisovaných trhavin. Lisovaná tělíska, pentrit Np 10 ve tvaru válečků, se navlékaly na bleskovici ke zvýšení primárního podnětu. Kumulativní náložky tvarů kužele, jehlanu, polokoule, usměrňovaly intenzitu působení výbuchu, např. pro hloubení jam, vytváření otvorů, odpichy v ocelářských pecí aj. Černý trhací prach Vesuvit TN je směs dusičnanu draselného, dřevěného uhlí a síry v poměru 75:15:10. Je na hranici mezi střelivinami a trhavinami. Pro roznět nálože Vesuvitu postačí zápalnice nebo el.palník. Sypká trhavina je citlivá na tření, otevřený oheň, statickou elektřinu. Snadno vlhne a tím se znehodnotí tak, že nedojde k detonaci. Při malém podnětu, od zápalky nebo zápalnice, dochází k výbušné přeměně pouze explozivním hořením. Je používán výhradně k trhací práci při těžbě kamenných bloků. Použitelnost Vezuvitu je 1 rok, je nemrznoucí. Základní údaje o trhavině: výbuchová teplota hustota sypná hmotnost citlivost k nárazu kladivem 2 kg K 75 až 100 cm 1,50 1,85 kg. dm³ 0,90 až 0,98 kg. dm³ 34