P r o j e k t č. 37-05
ZÁVĚREČNÁ SOUHRNNÁ ZPRÁVA
O VÝSLEDCÍCH ŘEŠENÍ PROGRAMU VÝZKUMU A VÝVOJE ČESKÉHO BÁŇSKÉHO ÚŘADU – PROJEKTU č. 37-05
„SNIŽOVÁNÍ RIZIKA OHROŽENÍ NEMOVITOSTÍ PŘED ÚČINKY TRHACÍCH PRACÍ VELKÉHO ROZSAHU PŘI HORNICKÉ ČINNOSTI“
Listopad 2007
ZÁVĚREČNÁ
SOUHRNNÁ
ZPRÁVA
o výsledcích řešení Programu výzkumu a vývoje
Zvýšení úrovně bezpečnosti práce v dolech a eliminace nebezpečí od unikajícího metanu z uzavřených důlních prostor
Projekt č. 37-05
„Snižování rizika ohrožení nemovitostí před účinky trhacích prací velkého rozsahu“
(Souhrnná závěrečná zpráva)
Zpracovali: HaE Projekt s.r.o., Ostrava:
Ing. Tomáš Cigánek Ing. Josef Bartoš Ing. Josef Bartoš Ing. Tomáš Cigánek
Odpovědný řešitel: Koordinátor projektu:
Listopad 2007 2
OBSAH 1. ÚVOD ................................................................................................................................... 5 1.1
PŘEDMĚT ZÁVĚREČNÉ SOUHRNNÉ ZPRÁVY ............................................................................5
1.2
KONCEPCE ŘEŠENÍ...........................................................................................................................5
1.3
ČLENĚNÍ PROJEKTU, ŘEŠENÍ, HLAVNÍ TEZE A OBSAH JEDNOTLIVÝCH ETAP................6
Etapa 1.......................................................................................................................................................6 Etapa 2.......................................................................................................................................................7 Etapa 2.1....................................................................................................................................................7 Etapa 3.......................................................................................................................................................8 Etapa 3.1....................................................................................................................................................8 Etapa 3.2....................................................................................................................................................9 Etapa 3.3..................................................................................................................................................10 Etapa 3.4..................................................................................................................................................10 Etapa 3.5..................................................................................................................................................11 Etapa 4.....................................................................................................................................................11 Etapa 5.....................................................................................................................................................12 Etapa 6.....................................................................................................................................................12
2. KONTROLA POSTUPU ŘEŠENÍ ........................................................................................... 13 3. PRINCIPY, ZPŮSOBY A FORMY ŘEŠENÍ JEDNOTLIVÝCH DÍLČÍCH ETAP A ZÍSKANÉ POZNATKY ....................................................................................................................... 14 3.1 ETAPA 1 – REŠERŠE A SHRNUTÍ DOSAVADNÍCH ZNALOSTÍ O ROZPOJOVÁNÍ HORNIN CHEMICKOU DETONAČNÍ PŘEMĚNOU VÝBUŠNIN PŘI TRHACÍCH PRACÍCH VELKÉHO ROZSAHU PŘI HORNICKÉ ČINNOSTI SE ZAHRNUTÍM I POZNATKŮ Z OBDOBNÝCH PODMÍNEK V ZAHRANIČÍ..............................................................................................................14 3.2 ETAPA 2 – ANALÝZA REGISTROVANÝCH PŘÍPADŮ MIMOŘÁDNÝCH UDÁLOSTÍ PŘI TRHACÍCH PRACÍCH VELKÉHO ROZSAHU V UPLYNULÝCH NEJMÉNĚ DESETI LETECH. ZHODNOCENÍ PŘÍČIN JEJICH VZNIKU, PROJEVŮ A PRŮBĚHU A PŘIJATÝCH OPATŘENÍ, VČETNĚ POSOUZENI VLIVU MÍSTNÍCH KONKRÉTNÍCH PODMÍNEK .................................17 3.3 ETAPA 2.1 – ANALÝZA VLIVŮ TRHACÍCH PRACÍ VELKÉHO ROZSAHU NA STAVEBNÍ OBJEKTY A ZAŘÍZENÍ TŘETÍCH OSOB, KTERÉ BYLY Z JEJICH PODNĚTU ŘEŠENY ORGÁNY SBS A NÁVRH OPATŘENÍ.............................................................................................22 3.4 ETAPA 3 – POSOUZENÍ SOUBORU VNITŘNÍCH (VÝBUCHOVÝ SYSTÉM) A VNĚJŠÍCH (GEOLOGICKÉ POMĚRY, KONFIGURACE TERÉNU, PŘESNOST VRTÁNÍ APOD.) VLIVŮ NA VZNIK A PRAVDĚPODOBNOST VZNIKU MIMOŘÁDNÝCH UDÁLOSTÍ PŘI TRHACÍCH PRACÍCH VELKÉHO ROZSAHU PŘI HORNICKÉ ČINNOSTI ....................................................25 3.4.1 Etapa 3.1 – Teoretický rozbor vnitřních a vnějších vlivů při trhacích pracích ..............................25 velkého rozsahu .............................................................................................................................25 3.4.2 Etapa 3.2 – Modelové experimentální ověření vlivu anizotropie materiálu na rozpojovací účinek výbuchem .....................................................................................................................................41 3.4.3 Etapa 3.3 – Modelové ověření distribuce výbušnin v ekvivalentním materiálu zejména ověření vlivu vrtných otvorů a jejich průměru, jakož i jejich situování k nejbližší volné ploše a závislost na riziku velikosti rozletu .............................................................................................................46
3
3.4.4 Etapa 3.4 – Experimentální ověření mechanicko-fyzikálních vlastností hornin ve vztahu k chemicko-fyzikálním vlastnostem trhavin .................................................................................66 3.4.5 Etapa 3.5 –Zahájení tvorby software pro trhací práce velkého rozsahu ........................................86 3.5 ETAPA 4 – VYPRACOVÁNÍ SOUBORU OPATŘENÍ K ELIMINACI RIZIK PŘI TRHACÍCH VELKÉHO ROZSAHU PŘI HORNICKÉ ČINNOSTI ETAPA 5 – VÝSTUP ŘEŠENÍ ETAPA 6 – NÁVRH NA REALIZACI PROJEKTU………………………………………………...96
4. Z Á V Ě R ........................................................................................................................ 101
4
1. ÚVOD 1.1 PŘEDMĚT ZÁVĚREČNÉ SOUHRNNÉ ZPRÁVY
Závěrečná souhrnná zpráva popisuje způsob, průběh a výsledky řešení programového projektu Českého báňského úřadu č. 37-05 „Snižování rizika ohrožení nemovitostí před účinky trhacích prací velkého rozsahu“ od zahájení prací v březnu 2005 do jejich plánovaného ukončení v listopadu 2007 tak, jak je stanoveno v příloze I ke Smlouvě čj. 871/05 ze dne 11.3.2005 a jejího Dodatku č. 1 čj. 417/05 ze dne 28.11.2005 uzavřené mezi Českým báňským úřadem v Praze jako poskytovatelem a HaE Projekt s.r.o. Ostrava jako příjemcem.
1.2 KONCEPCE ŘEŠENÍ Trhací práce velkého rozsahu používané při hornické činnosti a činnosti prováděné hornickým způsobem (dále jen hornická činnost) představují závažné nebezpečí pro ohrožení nemovitostí, chráněných práv a právem chráněných zájmů fyzických a právnických osob a života a zdraví pracovníků i třetích osob. V posledních deseti letech byla zaregistrována řada případů, kdy při trhacích pracích velkého rozsahu došlo k ohrožení osob a poškození majetku i mimo území vymezené pro přípustné projevy účinků výbušnin. Přes současně uplatňovaná technická a organizační opatření při projektování, přípravě a provádění trhacích prací velkého rozsahu se při těchto pracích, vykonávaných při hornické činnosti v uzavřených, polouzavřených a otevřených prostorech, nedaří zcela zabránit jejich nebezpečným projevům a tím ohrožení nemovitostí a právem chráněných zájmů. Trhacími pracemi velkého rozsahu vznikající rizika jsou zejména účinky seismovýbuchových, tlakových, vzdušných a akustických vln (v poškozujících hodnotách) a rozlet úlomků rozpojovaného materiálu. Uvedené projevy mají též negativní vliv na ochranu životního prostředí. Dalšími projevy, které mohou poškodit práva a právem chráněné zájmy právnických a fyzických osob jsou toxické látky, vznikající chemickou přeměnou použitých výbušnin.
5
Nemalým rizikem pro ohrožení práv a právem chráněných zájmů právnických a fyzických osob a pracovníků je i nebezpečí předčasného výbuchu k trhacím pracím připravených náloží trhavin působením zdrojů cizí elektrické energie (např. elektrické bludné proudy, statická elektřina, mechanické podněty apod.), nebo i případy opožděného výbuchu v důsledku anomálií v průběhu chemické explozívní přeměny výbušnin. Koncepce řešení
vychází ze skutečnosti, že sice existuje řada předpisových a
technicko-organizačních opatření, avšak že evidované počty mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu a jejich průběh prokazují, že k jejich eliminaci je třeba prohloubit mj. poznání teorie detonačního rozpojování hornin pomocí explozívní chemické přeměny výbušnin a její praktické aplikace. Koncepce řešení byla proto zaměřena na technickou a technologickou problematiku trhacích prací velkého rozsahu při hornické činnosti v interakci mezi místním konkrétním stavem rozpojovaných hornin a rozrušovacím účinkem explodujících výbušnin ve vztahu k možnosti vzniku nežádoucích vedlejších projevů odstřelů (nežádoucí rozlet, seismické a tlakovzdušné účinky).
1.3 ČLENĚNÍ PROJEKTU, ŘEŠENÍ, HLAVNÍ TEZE A OBSAH JEDNOTLIVÝCH ETAP Etapa 1 Název:
Rešerše a shrnutí dosavadních znalostí o rozpojování hornin chemickou detonační přeměnou výbušnin při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti se zahrnutím i poznatků z obdobných podmínek v zahraničí
Smyslem rešerše bylo aktualizovat současný stav poznání v oblasti teorie rozpojování hornin pomocí detonační energie výbušnin podle domácích i zahraničních poznatků a její výsledky byly využity zejména pro přípravu a provedení experimentálních prací podle Projektu.
6
Etapa 2 Název: Analýza registrovaných případů mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu v uplynulých nejméně deseti letech. Zhodnocení příčin jejich vzniku, projevů a průběhu a přijatých opatření, včetně posouzení vlivu místních konkrétních podmínek. Se souhlasem Českého báňského úřadu bylo za léta 1990 - 2004 provedeno u všech devíti obvodních báňských úřadů a u příslušného odboru Českého báňského úřadu prostudování všech prošetřených případů evidovaných mimořádných událostí při trhacích pracích velkého a odděleně i malého rozsahu. Analýza byla zaměřena též na technicko-technologické, geologické a místní konkrétní podmínky daného prostředí, na použité druhy trhavin a roznětných prostředků a vrtací techniku. V tomto smyslu byla pro provedení analýzy vypracována samostatná detailní osnova. Výsledky analýzy byly využity pro zaměření experimentálních trhacích prací in situ a pro
doplnění či změnu právních předpisů a vypracování metodických návodů a software
(SW).
Etapa 2.1 Název: Analýza vlivů trhacích prací velkého rozsahu na stavební objekty a zařízení třetích osob, které byly z jejich podnětu řešeny orgány SBS a návrh opatření. Celostátní hloubková analýza prošetřených mimořádných událostí při trhacích pracích umožnila generalizovat nejčastěji se vyskytující technicko-technologické a geologické okolnosti, které mohly zapříčinit vznik mimořádných událostí při trhacích pracích velkého popř. i malého rozsahu. Výsledky analýzy byly využity pro zaměření experimentálních trhacích prací in situ a pro doplnění či změnu právních předpisů a vypracování metodických návodů.
7
Etapa 3 Název: Posouzení souboru vnitřních (výbuchový systém) a vnějších (geologické poměry, konfigurace terénu, přesnost vrtání apod.) vlivů na vznik a pravděpodobnost vzniku mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti
Etapa 3.1 Název: Teoretický rozbor vnitřních a vnějších vlivů při trhacích pracích velkého rozsahu. Pro řešení daného úkolu bylo velmi důležité teoreticky posoudit a zhodnotit soubor vnitřních a vnějších vlivů ve vztahu ke vzniku a k co možná nejvyšší eliminaci možnosti vzniku ohrožujících mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu; to znamenalo posoudit zejména:
a) vliv místních geologických podmínek na účinky a projevy trhacích prací velkého rozsahu při provádění hornické činnosti, b) ovlivnění průběhu detonačního rozpojování místními konkrétními anizotropickými vlastnostmi hornin, c) vliv distribuce trhavin v rozpojovaném objemu hornin, např. přesnost a kontrola vrtných otvorů a způsob jejich provedení, optimální průměr náloží a vrtných otvorů, d) mechanicko-fyzikální
vlastnosti
hornin
ve
vztahu
k chemicko-fyzikálním
vlastnostem používaných trhavin, e) průběh a šíření detonace trhavinovými náložemi a průběh šíření detonační rázové a seismovýbuchové vlny v rozpojovaných horninách, f) riziko nebezpečí předčasného výbuchu k trhacím pracím připravených náloží trhavin a působení jedovatých plynných zplodin exploze výbušnin podle prostoru použití a přijmout odpovídající závěry,
8
g) navržení modelových vzorků izotropních materiálů konstantních parametrů a ověření vlivu průběhu jejich detonačního rozpojování v důsledku modelově vytvořených anizotropií (matematická simulace).
Etapa 3.2 Název:
Modelové experimentální ověření vlivu anizotropie materiálu na rozpojovací účinek výbuchem Pro řešení bylo třeba simulovat ekvivalentní výbuch v konstantních materiálech
s proměnnou anizotropií a za tím účelem:
a) stanovit, vybrat a vyrobit vhodnou výbušnou látku, schopnou vybuchovat v minimálních
průměrech,
b) stanovit, vybrat a vyrobit zkušební bloky konstantního materiálu, c) ve zkušebních blocích vytvořit dodatečně plochy nespojitosti (anizotropii) např. jemnými průřezy o různých šířkách s vyplněním průřezů inertními pevnými látkami, d) provést sérii zkušebních výbuchů a ověřit vliv anizotropie materiálu na útlum napěťovýbuchové vlny, e) při pokusech podle předchozího bodu ověřit též vliv anizotropních ploch situovaných
do volné stěny paralelně s hlavním směrem výbuchu,
f) zevšeobecnit získané poznatky, g) vytvořit návrh vstupů a výstupů SW pro trhací práce velkého rozsahu (TPVR).
9
Etapa 3.3 Název:
Modelové ověření distribuce výbušnin v ekvivalentním materiálu zejména ověření vlivu vrtných otvorů a jejich průměru, jakož i jejich situování k nejbližší volné ploše a závislost na riziku velikosti rozletu
Pro řešení bylo třeba:
a) stanovit, vybrat a vyrobit zkušební bloky z konstantního ekvivalentního materiálu, b) v blocích podle předchozího odstavce modelovat ve vztahu k nejbližší volné stěně výbuchy výbušniny ve vrtných otvorech s proměnnými vzdálenostmi od volné plochy i s proměnnými průměry otvorů a zjišťovat vliv dimenzování náloží (včetně jejich předimenzování) na parametry odhozu rozpojovaného materiálu, c) zevšeobecnit získané poznatky a zapracovat je do algoritmů pro vytvoření SW.
Etapa 3.4 Název : Experimentální ověření mechanicko-fyzikálních vlastností hornin ve vztahu k chemicko-fyzikálním vlastnostem trhavin. Pro řešení bylo třeba:
a) vybrat 2 – 3 lomové lokality s výrazněji odlišnou akustickou impedancí rozpojovaných hornin za použití stejné (velmi blízké) technologie trhacích a vrtacích prací; akustickou impedanci hornin v místních konkrétních podmínkách pokud možno přesně definovat, b) v lokalitách podle předchozího bodu: -
použít při provozních odstřelech zcela nebo zčásti tutéž trhavinu a stanovit její hlavní výbušinářské parametry a charakteristickou (rázovou) impedanci,
-
zajistit měření průběhu detonační rychlosti táhlých náloží a rychlost šíření seismovýbuchové vlny,
-
sledovat velikost odhozu (rozletu)
c) vyhodnotit výsledky a posoudit spolupůsobení vlivu rázové impedance trhaviny
10
a akustické impedance rozpojované horniny, d) analyzovat a vybrat zařízení, vhodné pro měření směru, sklonu a hloubky vrtů pro trhací práce velkého rozsahu (clonové odstřely).
Etapa 3.5 Název:
Zahájení tvorby software pro trhací práce velkého rozsahu.
Pro řešení bylo třeba:
a) zapracovat potřebné matematicko-fyzikální vlastnosti hornin a trhavin do výpočetních algoritmů, b) navrhnout uživatelské prostředí SW na platformě Windows pro PC, c) ověřit zahraniční zkušenosti při používání SW a výpočetní techniky, d) zpracovat výpočetní model geometrie lomových stěn, směru, sklonu a délek vrtů pro optimalizaci rozpojovacího efektu clonových odstřelů.
Etapa 4 Název: Vypracování souboru opatření k eliminaci rizik při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti
Analýza případů mimořádných událostí při trhacích pracích, prošetřených orgány státní báňské správy spolu s teoretickým rozborem vnějších a vnitřních vlivů na nepravidelnosti při jejich přípravě a provádění, jakož i výsledky experimentálních a laboratorních pokusů a jejich vyhodnocení byly podkladem pro vypracování návrhu souboru (technických, technicko-organizačních, materiálových apod.) opatření včetně SW, která přispějí k eliminaci rizik při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti, zejména pokud jde o ochranu nemovitostí a práv a právem chráněných zájmů právnických a fyzických osob a pracovníků.
11
Etapa 5 Výstup řešení
Název:
Výstupem řešení projektu bylo zpracování:
1. návrhu souboru opatření ke snížení možnosti vzniku mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti, 2. návrhu technických a organizačních opatření, např. vzorových technologických postupů a projektů k zajištění realizace souboru opatření ke snížení možnosti vzniku mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti, 3. doporučení způsobu distribuce výbušnin v rozpojovaném horninovém masivu a volby jejich druhu v závislosti na konkrétních geologických a mechanicko-fyzikálních vlastnostech hornin, 4. doporučení způsobu provádění a kontroly provedení vrtných otvorů pro umístění náloží trhavin s ohledem na dodržení projektovaného směrného odporu rozpojovaných hornin, 5. návrhu SW pro trhací práce velkého rozsahu, 6. návrhu úprav legislativních norem, které upravují problematiku trhacích prací velkého rozsahu při hornické činnosti.
Etapa 6 Název: Návrh na realizaci projektu
Na základě souboru opatření podle Etapy 4 bylo připraveno resp. zajištěno:
1. vydání Metodického návodu, kterým se stanoví postup pro zajištění realizace souboru opatření ke snížení možnosti vzniku mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti, 2. vypracování
technologických
a
organizačních
opatření
k omezení
vzniku
mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti, např. vzorový obsah projektu, náležitosti jeho řešení, technologický postup a zásady
12
metodiky povolovacího řízení trhacích prací velkého rozsahu při hornické činnosti včetně SW pro TPVR, 3. publikace výsledků řešení v odborných, respektive impaktovaných časopisech, popřípadě ve sbornících referátů z odborně zaměřených konferencí.
2. KONTROLA POSTUPU ŘEŠENÍ Postup řešení každé z etap i dílčích etap byl průběžně kontrolován a hodnocen na kontrolních dnech svolávaných odborem VaV Českého báňského úřadu. O postupu řešení a získávaných výsledcích byly pro každou etapu i dílčí etapu zpracovány a oponovány dílčí a závěrečné zprávy. Připomínky oponentů byly vždy projednány a pokud nebylo možné je vysvětlit, byl postup řešení podle potřeby korigován.
Poznámka: Pokud jsou v dalším textu přebírány obrázky, tabulky apod. ze zpráv o jednotlivých etapách řešení, je ponecháno jejich původní označení zejména z důvodu, že umožní čtenáři pomocí této Závěrečné souhrnné zprávy rychlou orientaci v původním textu jednotlivých etap.
13
3. PRINCIPY, ZPŮSOBY A FORMY ŘEŠENÍ JEDNOTLIVÝCH DÍLČÍCH ETAP A ZÍSKANÉ POZNATKY
3.1 Etapa 1 – Rešerše a shrnutí dosavadních znalostí o rozpojování hornin chemickou detonační přeměnou výbušnin při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti se zahrnutím i poznatků z obdobných podmínek v zahraničí V rámci řešení Etapy 1 byla provedena literaturní rešerše prací v posledních 15 letech, týkající se poznatků z aplikované trhací techniky, tj. při používání trhavin pro rozpojování hornin. První část rešerše byla provedena v Chemicals Abstracts, což je nejuznávanější odborný časopis, zahrnující reference
z používání chemických látek (mezi něž patří i
výbušniny či průmyslové trhaviny a rozněcovadla) v nejrůznějších oblastech lidské činnosti. Bylo získáno celkem 320 referencí, z nichž bylo pro potřeby řešení využito 80 referencí. Druhá a třetí část rešerše byla provedena pomocí mezinárodní společnosti International Society of Explosives Engineers se sídlem v Clevelandu, USA. Tato společnost sdružuje dnes více jak 4500 odborníků z 90 zemí celého světa, pracujících v oblasti výzkumu, vývoje a výroby průmyslových trhavin, rozněcovadel a dalších prostředků vrtací a trhací techniky včetně odborníků z aplikované trhací techniky při všech druzích trhacích prací na povrchu i v podzemí. Byla provedena rešerše v elektronické knihovně této společnosti, která byla zaměřena na každoroční konference, konané v letech 1996-2005, které jsou publikovány v technické informační databázi jako abstrakta General Conference Proceedings. Rešerše byla dále doplněna výběrem prací, otištěných ve sbornících z 1. a 2. světové konference o výbušninách a trhací technice, konaných v Mnichově v roce 2001 a v Praze v roce 2003.
14
Poslední (čtvrtá) část rešerše se týká monografií, které byly vydány v oblasti aplikované trhací techniky. Je nutno konstatovat, že v posledních 10 letech nebyla vydána žádná zásadně nová monografie, která by měnila dosavadní teoretické a praktické poznatky v oblasti aplikované trhací techniky. V závěrečné zprávě Etapy 1 je uveden přehled zásadních monografických publikací. Z rešerše vyplynuly resp. byly potvrzeny některé důležité skutečnosti, které řešitelé jednak dále rozvíjeli, jednak aplikovali v průběhu realizace zejména experimentálních clonových odstřelů in situ. Za nejdůležitější lze označit vlnovou teorii rozpojování pevných materiálů detonací trhavin. Tato teorie měla zpočátku řadu odpůrců, ale experimenty, provedené v býv. SSSR (Chanukajev et col) a v USA (Livingstone et col) prokázaly její správnost. Princip důkazu spočíval v tom, že uvedení autoři umístili poměrně velké nálože trhaviny do silnostěnného kovového pouzdra, které spolehlivě zabránilo úniku plynných zplodin výbuchu, toto pouzdro vložili do vývrtu v hornině a provedli odstřel, přičemž experimentálně prokázali vznik radiálních i podélných trhlin v horninovém masivu, jejichž původ byl nutně ve vlnovém charakteru procesu. Tak byly položeny základy dnes uznávané a rozpracované teorie rozpojování hornin výbuchem, která se původně nazývala též teorií odštěpu. Je samozřejmé, že kromě detonující trhaviny se na procesu rozpojení podílí vlastní horninový masiv, resp. jeho geologické a pevnostní charakteristiky. Jako jednu z nejjednodušších modelových představ k řešení těchto problémů lze použít zevšeobecněných závěrů ze zákonitostí o šíření elastických vln. Pro šíření elastických vln (podélných i příčných) platí zákony akustiky. Rychlost jejich šíření závisí pouze na modulu pružnosti a hustotě prostředí a je pro daný materiál v mezích platnosti lineární formy Hookova zákona konstantní. Rozsáhlý pokusný materiál ale dokazuje, že snahy zevšeobecnit poznatky ze šíření elastických vln pro všechny případy trhací techniky nemohou být úspěšné, a že přesné řešení daných úloh musí vycházet z individuálních charakteristik a vlastností jednotlivých daných látek. Rozhodujícím mechanismem rozpojování hornin výbuchem je odraz vln napětí od volné plochy. Tlakové vlny se šíří horninou od místa výbuchu nálože a jakmile dosáhnou volné plochy, odrážejí se zpět a vracejí se jako vlny tahové. Vlny napětí jsou nositelem části energie uvolněné výbuchem a protože rozdíl akustické impedance horniny a vzduchu je veliký, vrací se podstatná část energie vln napětí s odraženými vlnami. Při postupu vln napětí
15
od nálože k volné ploše byla hornina namáhána na tlak, odraženými vlnami od volné plochy je pak hornina namáhána na tah. Dalšími důležitými faktory trhací práce jsou vlastnosti použité trhaviny, tj. její rázová impedance Ir a akustické impedance horniny Ih, pro něž platí vztahy: Ir = D. ρt Ih = v. ρh , kde D je detonační rychlost použité trhaviny, ρt je hustota trhaviny v je rychlost šíření podélných vln v hornině ρh je hustota horninového masivu
Pro stanovení tlaku (napětí) v libovolné vzdálenosti od detonující nálože (P) lze použít vztah vyjadřující počáteční tlak na obklopující prostředí v závislosti na redukované vzdálenosti od místa výbuchu a charakteristikách horniny ve tvaru: P = Po . ŕ n-l (MPa)
n = 2 ± u /(1-u)
ŕ = r/ Ro
kde: Po – počáteční tlak na styku nálož/stěna vrtu r - vzdálenost od místa výbuchu (m) Ro - poloměr detonující nálože (m) u - Poissonova konstanta ŕ - bezrozměrná proměnná n – ukazatel charakteristiky hornin Pozn.: znaménko + platí pro oblast rázové vlny, -
pro zónu vlny napětí
Závěrečná zpráva Etapy 1 se dále dotýká problematiky možnosti výpočtu doletu úlomků rozpojovaných hornin (jde však převážně o v praxi nepoužitelné postupy, neboť pro zjednodušení výpočtů se obvykle zanedbává odpor vzduchu, nebo se tvar horninových
16
úlomků idealizuje na kouli) a popisuje současný stav v oblasti průmyslových trhavin a trhací techniky a trendy jejich rozvoje. Provedená rešerše prokazuje, že zejména v oblasti teorie poznání rozpojování hornin chemickou detonační přeměnou výbušnin zejména ve vztahu ke snižování rizika ohrožení nemovitostí popř. i osob před účinky trhacích prací velkého rozsahu, nejsou dosud známy všechny poznatky, kterými by bylo možno vzniku reálného rizika takových ohrožení technickými opatřeními spolehlivě zamezit. Jeví se proto potřebným v dalších etapách řešení daného projektu se pokusit nejen prohloubit stav poznání v teorii rozpojování materiálů výbuchem, ale zaměřit se též na oblast technicko-organizačních opatření v procesu přípravy a provádění trhacích prací velkého rozsahu s cílem precizovat povinné, přípustné a nepřípustné úkony osob, připravujících a odpovídajících za organizaci trhacích prací. Tento cíl lze výsledně zajistit pouze normami, které upravují chování lidského činitele, tedy normami bezpečnostně-právními.
3.2 Etapa 2 – Analýza registrovaných případů mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu v uplynulých nejméně deseti letech. Zhodnocení příčin jejich vzniku, projevů a průběhu a přijatých opatření, včetně posouzeni vlivu místních konkrétních podmínek Po prostudování centrálně vedených podkladů Českým báňským úřadem bylo časové období analýzy mimořádných událostí (dále též MU) při trhacích pracích velkého rozsahu prodlouženo oproti původnímu zadání o pět let, tedy na období od roku 1990 do roku 2005 (k 30.9.2005). V souvislosti s tímto rozšířením a s rozsahem vedených dokumentací byly řešiteli osloveny všechny obvodní báňské úřady a pokud v jejich úředních obvodech byly v letech 1990 – 1995 registrovány mimořádné události při trhacích pracích velkého rozsahu, byly z jejich archivů vyhledány příslušné podklady, analyzovány a pojaty jako podklady pro zpracování této závěrečné zprávy. Stejně bylo postupováno v případech potřeby prostudování podkladů, které nebyly obsaženy v centrálním archivu Českého báňského úřadu. Pro analýzu případů mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu byl vypracován „Obsah zjišťování pro analýzu případů mimořádných událostí
při trhacích
pracích, registrovaných orgány státní báňské správy za období 1990 – 1995“. Následně byla
17
vypracována „Metodika zjišťování pro analýzu mimořádných událostí při trhacích pracích, registrovaných orgány státní báňské správy za období 1990-2005“. Z databáze orgánů státní báňské správy bylo za sledované období zjištěno celkem 97 případů mimořádných událostí při používání a výrobě výbušnin. Z tohoto počtu byly separovány případy mimořádných událostí při trhacích pracích. Pozornost byla zaměřena na vznik mimořádných událostí při trhacích pracích v podzemí (doly, tunely apod.) a na povrchu a bylo zjištěno, že za uvedené období nebyla registrována žádná mimořádná událost při trhacích pracích velkého rozsahu v podzemí. Do analýzy nebyly zahrnuty registrované případy mimořádných událostí při zacházení s výbušninami, které se nepřihodily při výkonu vlastních trhacích prací, tedy prací, při kterých došlo ke vzniku chemické detonační přeměny výbušniny ať řízeným nebo neřízeným způsobem iniciace (např. explozivní zahoření výbušniny při jejím vyfukování z vrtu stlačeným vzduchem, 25.8.2005). Z analýzy byly rovněž vyloučeny případy explozí, ke kterým došlo při výrobě výbušnin. Jde např. o registrované případy iniciace. Do celkové analýzy bylo zahrnuto i sedm případů mimořádných událostí, ke kterým došlo při trhacích pracích malého rozsahu. Důvodem je zejména skutečnost, že ohrožující účinky těchto trhacích prací na prostředí za hranicí bezpečnostního okruhu, zejména pokud jde o rozlet úlomků rozpojovaného materiálu (zejm. poškození zdraví osob a majetku), jsou zcela shodné jako u trhacích prací velkého rozsahu. Ve všech případech orgány státní báňské správy prošetřených mimořádných událostí při trhací práci byly použity vývrtové nálože.
Z 29-ti analyzovaných MU bylo: 20 clonových odstřelů (69 %) 4 destrukční (stavební demolice) odstřely (14 %) 3 plošné odstřely (malého rozsahu) (10 %) 1 komorový odstřel (3,5 %) 1 srážecí odstřel (hrubá kamenická výroba) (3,5 %)
Ve všech případech MU došlo k projevům, při kterých byly ohroženy lidské zdraví a životy a majetek. Dále je zřejmé, že naprosto převažujícím druhem trhacích prací, při kterých došlo ke vzniku prošetřovaných mimořádných událostí, jsou clonové odstřely (dále též CO).
18
Ze statistiky plyne, že výše těžby rozhodujících druhů hornin, pro jejichž rozpojování se používají trhací práce, dosáhla v roku 2004 celkem 59 milionů tun, z toho 32,5 milionů tun stavebního kamene a 26,5 milionů tun vápence a při této činnosti bylo spotřebováno téměř 9000 t trhavin.
Z provedené analýzy dále vyplývá, že naprosto převažujícím negativním projevem všech prošetřovaných mimořádných událostí je nežádoucí rozlet úlomků rozpojovaného materiálu, který je vyvolán explozí výbušnin ve vývrtových náložích. Z 29 MU jde o 27 případů nežádoucího rozletu, což je plných 93 %.
V dalších dvou případech se jedná o sporné a jednoznačně neprokázané škodlivé projevy seismického vlnění a účinků tlakové vzdušné vlny.
Důležitým poznatkem z provedené analýzy je i dosah rozletu rozpojovaného materiálu. Pokud dojde k rozletu jen uvnitř hranice uzavřeného bezpečnostního okruhu, nejde o porušení obecně závazných právních předpisů platných pro provádění a přípravu trhacích prací, pokud nedojde ke zranění osob. Škody na hmotném majetku jsou v takovém případě předvídány, dá se říci, že se s nimi počítá a jsou zahrnuty obvykle mezi důlní škody, vyvolané provozem organizace.
Jiná situace je, dojde-li k rozletu za hranice bezpečnostního okruhu. V takovém případě se ve své podstatě jedná o porušení obecně závazných právních předpisů o zacházení s výbušninami, resp. až o obecné ohrožení, a to i v případě, že rozletem nedojde ke vzniku škod ani na lidském zdraví, ani na hmotném majetku. Je to proto, že vně hranic bezpečnostního okruhu je přípustný volný pohyb osob a ani stavby, zařízení apod., zde nesmí být odstřelem poškozeny.
Z 29 analyzovaných případů došlo k nežádoucím projevům výbuchu (rozlet, seismická vlna, tlaková vzdušná vlna) ve 14 (48 %) případech jen uvnitř bezpečnostního okruhu a v 15 (52 %) případech vně hranice bezpečnostního okruhu.
Z 27 analyzovaných případů (ve 2 případech se jednalo o seismiku) došlo ke 12ti případům rozletu za hranice bezpečnostního okruhu (nepřípustný rozlet), což je 44,5 % a k 15 případům rozletu uvnitř bezpečnostního okruhu (nadměrný rozlet) což je 54,5 %. 19
K poškození zdraví v důsledku rozletu úlomků rozpojovaného materiálu došlo ve 2 případech
vždy u jedné osoby; v obou případech se jednalo o trhací práci malého rozsahu,
poraněné osoby se nalézaly uvnitř bezpečnostního okruhu a obě zranění byla lehká.
Ke škodám na hmotném majetku rozletem úlomků rozpojované horniny došlo z 29 analyzovaných mimořádných událostí ve 24 případech (83 %).
Z toho ke vzniku hmotných škod došlo ve 13 případech uvnitř bezpečnostního okruhu; součet případů škod uvnitř a vně hranic bezpečnostního okruhu převyšuje celkový počet případů vzniku škod, protože při témže rozletu došlo současně ke škodám uvnitř i vně bezpečnostního okruhu.
Z analyzovaných případů vyplývá, že ve všech případech byla pro přípravu a provedení odstřelu zpracována předepsaná dokumentace.
V 18 (60 %) případech byla trhací práce prováděna podle generelního projektu odstřelů, v 11 (38 %) případech byla vypracována samostatná dokumentace nebo modifikace generelního projektu odstřelu (destrukční, plošné a srážecí odstřely, modifikace CO). Z časového rozboru je zřejmé, že nejvíce odstřelů, tj. 23 (téměř 80 %) bylo realizováno v době mezi 11 až 14 hodinou. To u CO odpovídá i způsobu dovozu výbušnin a jejich nabití na místě odstřelu, přičemž celá akce je ukončena v průběhu jediného dne.
Pokud jde o rozvržení případů mimořádných událostí v průběhu roku konstatuje se, že nejčastější výskyt MU byl v měsíci květnu 5 MU, v dubnu a červnu à 4 MU, v září a říjnu à 3 MU, v lednu, červenci, srpnu a listopadu à 2 MU, v únoru a prosinci à 1 MU a v březnu nebyla za celé sledované období 15ti let zaznamenána žádná prošetřovaná MU.
Jde nepochybně o rozvrstvení náhodné, přesto lze vysledovat určitou závislost na rozsahu a výši těžebních popř. stavebních prací, které kulminují v letním období.
Překvapujícím zjištěním analýzy je skutečnost, že převážně uváděnou příčinu vzniku mimořádné události byly
konkrétní geologické, zpravidla anomální podmínky v místě 20
odstřelu. Rovněž za příčinu nežádoucích projevů seismické vlny a tlakové vzdušné vlny jsou označeny geologické anomálie v místě odstřelu; v obou posledně uvedených případech však je příčinná souvislost mezi odstřelem a nežádoucími projevy sporná.
Z 29 analyzovaných mimořádných událostí byla jako hlavní nebo jako spolupůsobící příčina zejména nadměrného nebo nepřípustného rozletu označena geologická situace v místě exploze náloží v 18 případech což je 62 % a v 11 případech (38 %) byly příčiny jiné, např. technologická nekázeň, předimenzování náloží, nedostatečné krytí náloží, v jednom případě předčasný roznět a v jednom případě opožděný výbuch delaborátů po ukončené čekací době.
Na základě výsledků analýzy prošetřovaných příčin vzniku mimořádných událostí byla řešiteli věnována max. pozornost zjištění, způsobu a formě
odborného posouzení
místních konkrétních geologických podmínek v procesu přípravy odstřelu a před nabíjením náloží. Analýzou nebyl zjištěn žádný případ cíleného a odborného geologického posouzení rozpojované horniny v místě připravovaného odstřelu, jehož výsledkem by bylo upozornění či pokyn k úpravě vrtného schématu, distribuci a dimenzování dílčích náloží.
Disproporce mezi počtem „geologických“ příčin vzniku mimořádných událostí při trhacích pracích a absence spolupůsobení odborníků geologického oboru v procesu přípravy odstřelů při trhacích pracích je zarážející, nelogická a vyžaduje zcela zřejmě právní úpravu. Při hodnocení rozpojované horniny před odstřelem nepřichází do úvahy jenom odborné geologické posouzení. Lze uvažovat i s použitím řady dalších způsobů, např. metod geofyzikálních, popř. jejich vzájemné kombinace.
Posledním kritériem, který byl u všech 29 mimořádných událostí analyzován, zejména v případech clonových odstřelů, bylo ověření, zda a jakým způsobem je před nabíjením zkontrolováno, zda směr, hloubka a provedení vrtů zajišťuje splnění podmínky, aby trhavina mohla vykonat očekávanou práci.
Bylo zjištěno, že v žádném případě nebylo provedeno takové zaměření vrtů – a to ve spojitosti s konfigurací
(nepravidelnostmi) rozpojované stěny, které by zabezpečilo, že
v důsledku nezjištěných změn v reálně provedených vrtech oproti projektu nedojde ke vzniku anomálních případů, vedoucích k nepřípustnému rozletu úlomků horniny při odstřelu a tím
21
k ohrožení osob a majetku. Jsou zdokumentovány případy, že při nepříznivém situování vrtů při CO došlo k rozletu úlomků horniny až do vzdálenosti 634 m. V další části se závěrečná zpráva Etapy 2 zabývá teoretickými možnostmi, které mohou mít souvislost se vznikem rozletu úlomků rozpojované horniny a dospívá k názoru, že pro odhad velikosti odhozu lze sice použít výpočetních vztahů různých autorů, avšak je nutno si uvědomit, že určit početně rozlet úlomků rozpojovaného materiálu v případě anomálního odstřelu prakticky nelze, neboť do úvahy přichází příliš mnoho nezávisle proměnných.
Rozpojované horniny nejsou obvykle kompaktní, jsou prostoupeny tektonickými poruchami, mohou se v nich vyskytovat zvětralé a navíc i tektonicky porušené partie, a nálože clonových odstřelů mohou křižovat geologické pukliny a tektonické příčné i podélné dislokace, popř. i rozhraní mezi různými typy hornin.
Z provedené analýzy, kromě mnoha dalších závěrů vyplývá zejména, že:
- predikovat s větší přesností geomechanicko-geofyzikální a geologické anomálie horského masivu, které jsou nepravidelně proměnlivé v prostoru, není prakticky možné bez konkrétního posouzení horninového masivu v místě projektovaného odstřelu, - významným
rizikovým
faktorem
při
trhacích
pracích,
byť
nejobtížněji
eliminovatelným je rozlet úlomků rozpojovaného materiálu, - pro eliminaci nežádoucího a nepřípustného rozletu úlomků rozpojovaných hornin přichází
do
úvahy
vypracování
technicko-technologických
a
organizačních
doporučení, z nichž některá budou muset být zezávazněna právním předpisem.
3.3 Etapa 2.1 – Analýza vlivů trhacích prací velkého rozsahu na stavební objekty a zařízení třetích osob, které byly z jejich podnětu řešeny orgány SBS a návrh opatření V databázi Českého báňského úřadu bylo za léta 1998 – 2005 zjištěno celkem 588 evidovaných spisů ve věci podaných stížností, z nichž některé v sobě slučují stížnost na výkon hornické činnosti jako takové, avšak v souvislosti s prováděním trhacích prací velkého popř. i 22
malého rozsahu, nebo se jedná o stížnosti pouze na vedlejší účinky trhacích prací popř. stížnosti opakované, či jednotlivých občanů na stejnou záležitost.
Po prostudování
archivu u Českého báňského úřadu se projevilo jako nezbytné
prostudovat příslušnou spisovou dokumentaci u každého jednotlivého obvodního báňského úřadu samostatně, pokud se v daném úředním obvodu vyskytl případ řešený podle zadání Etapy 2.1; pro zajištění jednotnosti postupu byla vypracována samostatná osnova.
Po prostudování archivních spisů u obvodních báňských úřadů bylo po eliminaci případů, které nespadají do záměru řešení Etapy 2.1 podrobně analyzováno 52 případů. Podrobnější charakteristika každého z nich je uvedena v Závěrečné zprávě Etapy 2.1.
Obvodní báňské úřady prošetřovaly a vyřizovaly stížnosti na negativní projevy trhacích prací velkého rozsahu (dále též TPVR) i trhací práce malého rozsahu (dále též TPMR), působení seismovýbuchových, tlakových vzdušných a akustických vln, nadměrný rozlet úlomků rozpojované horniny, hlučnost a prašnost při odstřelech, na základě ustanovení vyhlášky č. 150/1958 Ú.l. o vyřizování stížností, oznámení a podnětů pracujících (dále též stížnosti); tato vyhláška byla zrušena a je nahrazena zněním § 175 zákona č. 500/2004 Sb. (Správní řád), který nabyl účinnosti dne 1.1.2006.
Z analýzy stížností, přijatých orgány státní báňské správy ve věcech negativních projevů trhacích prací (dále též TP) vyplývá, že nebyl zjištěn žádný případ stížnosti, podané na výkon vrchního dozoru obvodních báňských úřadů, na obsah vydaných povolovacích rozhodnutí, na průběh procesního řízení, nebo na špatný výkon kontrolní činnosti.
Naprostá většina, vlastně prakticky všechny analyzované stížnosti směřovaly proti činnostem vykonávaným organizacemi a vůči jejich projevům a důsledkům, a to přesto, že byly adresovány orgánům státní báňské správy, převážně obvodním báňským úřadům a podle ustanovení § 1 odst. 2 cit. vyhlášky měly být stížnosti podávány nebo postoupeny orgánům, které jsou bezprostředně nadřízené orgánům a organizacím, proti kterým stížnosti směřují. Podle názoru řešitelů však orgánům státní báňské správy nepřísluší rozhodovat o tom, zda stížnosti, které obsahují tvrzení o vzniku škod na objektech a zařízení jejich vlastníků třetích osob, jsou oprávněné či nikoli, a to ani v případech, kdy úředním postupem zajistí 23
vypracování následného (kontrolního) měření negativních projevů trhacích prací a jejich vyhodnocení. Řešitelé mají za to, že orgány státní báňské správy mají v takových případech pouze zjistit, zda horní předpisy a podmínky povolení trhacích prací byly dodrženy, pokud ne, stanovit nápravná opatření a v ostatním předat vyřízení stížnosti organizaci popř. její nadřízené složce; (ostatně tak některé obvodní báňské úřady postupovaly).
Ve stížnostech tvrzený vznik škod negativními účinky trhacích prací při hornické činnosti by měl být podle názoru řešitelů posuzován jako tvrzení o vzniku důlních škod a taková stížnost nebo její část by měla být obvodním báňským úřadem postoupena organizaci podle § 36 Horního zákona.
Tento závěr podporuje i skutečnost, že jakkoli pečlivě připravený a provedený odstřel následný po podané stížnosti je jenom více méně přibližnou rekonstrukcí předchozího odstřelu, který nemůže přesně reprodukovat podmínky odstřelu, na který nebo na které byla podána stížnost, neboť z analýzy vyplývá např. výrazné kolísání parametrů seismovýbuchové vlny za jinak konstantních podmínek (hmotnosti náloží, časování), které, jak bylo šetřením OBÚ zjištěno, záviselo na předem neurčitelném zvodnění horninových vrstev nebo dodatečného zavodnění vrtů před odstřelem. Rovněž vliv teplotní inverze, vysoké či nízké oblačnosti a její celistvosti, kvality a druhu ucpávky náloží nelze při následném odstřelu reprodukovat, ačkoliv právě tyto vlivy mají např. na intenzitu akustické a tlakové vzdušné vlny rozhodující vliv.
Posouzení obsahu stížnosti o vzniku škod na nemovitostech vlastníků negativními projevy trhacích prací jako součásti hornické činnosti orgánem státní báňské správy jako neoprávněné, nemá podle názoru řešitelů oporu v zákoně, neboť se v podstatě jedná o tvrzení stěžovatele o vzniku důlní škody a je věcí těžební organizace, nikoli orgánu státní báňské správy, aby prokázala, že tvrzená škoda byla způsobena okolnostmi, které nemají původ v hornické činnosti a tak se zprostila odpovědnosti.
Z uvedených důvodů bylo navrženo, aby pro obvodní báňské úřady byly vydány „Zásady metodiky postupu při řešení stížností na trhací práce“; ustanovení § 175 zákona č. 500/2004 Sb. (Správní řád) předpokládá podání stížnosti pouze na nevhodné chování úředních osob nebo proti postupu správního orgánu. Při řízení o stížnosti např. na účinky trhacích prací 24
by měl obvodní báňský úřad nejvýše přezkoumat, zda jsou dodržovány podmínky plánu otvírky, přípravy a dobývání a povolení trhacích prací a v ostatním postupovat podle § 36 Horního zákona.
3.4 Etapa 3 – Posouzení souboru vnitřních (výbuchový systém) a vnějších (geologické poměry, konfigurace terénu, přesnost vrtání apod.) vlivů na vznik a
pravděpodobnost vzniku mimořádných událostí při
trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti
3.4.1 Etapa 3.1 – Teoretický rozbor vnitřních a vnějších vlivů při trhacích pracích velkého rozsahu V rámci řešení Etapy 3.1 bylo provedeno teoretické posouzení a zhodnocení souboru vnitřních a vnějších vlivů ve vztahu ke vzniku a k co možná nejvyšší eliminaci možnosti vzniku ohrožujících mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu.
Teoretické posouzení bylo ověřeno modelováním průběhu šíření detonační rázové a seismovýbuchové vlny v rozpojovaných horninách a ve vzorcích materiálu konstantních parametrů, přičemž pro horniny byly jako základ modelové simulace vzaty mechanickofyzikální parametry vápencových hornin. Důvodem volby tohoto typu hornin je skutečnost, že experimentální ověření mechanicko-fyzikálních vlastností hornin ve vztahu k chemickofyzikálním vlastnostem trhavin in situ (Etapa 3.4) se předpokládá realizovat při provozních odstřelech ve vápencových horninách Velkolomu Čertovy schody a.s. ve Tmani. Dále bylo řešení zaměřeno na teoretické posouzení interakčních vlivů a faktorů mezi detonující trhavinou, rozpojovanou horninou a vznikem vedlejších, zpravidla nežádoucích projevů trhacích prací velkého rozsahu na bezprostřední i vzdálenější prostředí.
Geologické podmínky v místě plánovaných trhacích prací jsou, vedle volby prostředků trhací techniky, jedním z nejdůležitějších parametrů, určujících výsledek odstřelu. 25
Pro snadnější vzájemné srovnání a posouzení rozpojitelnosti a těžitelnosti se horniny rozdělují na několik kategorií, zejména podle odporu, který kladnou při rozpojování. Pro účely rozpojování explozivní chemickou výbuchovou energií se horniny rozdělují na typy:
-
snadno rozpojitelné (I. třída)
-
nesnadno rozpojitelné (II. třída)
-
velmi nesnadno rozpojitelné (III. třída).
Pro třídění hornin podle rozpojitelnosti nelze sestavit všeobecně platnou tabulku hornin, např. podle petrografického složení, neboť jedna a táž hornina může patřit podle stupně zvětrání a rozpukání do kterékoli třídy. Např. pevná nezvětralá žula v mohutných lavicích jistě patří do III. třídy, pevná žula, ale hustě rozpukaná se řadí do II. třídy a rozloženou žulu (žulové eluvium), která může mít povahu silně ulehlého písku lze zařadit do I. třídy. Obdobné příklady je možno uvést i pro většinu ostatních tzv. skalních hornin.
Mezi významné geologické faktory, které ovlivňují riziko vzniku nepřípustného rozletu úlomků rozpojované horniny účinkem detonace náloží se na prvé místo řadí tektonické poruchy, které jsou charakteristické změnou odporu hornin proti rozpojení v důsledku snížení smykové pevnosti ve směru smykové plochy, tvořené tektonickou poruchou. Dobré podklady o stavbě horninového masivu, existenci, směru a sklonu tektonických poruch mohou dát geofyzikální metody, které se však jako prognostická metoda přecházení vzniku nebezpečného rozletu při trhacích pracích na povrchu prakticky nepoužívají; při tom odkryté stěny těžebních etáží a jejich horní i spodní plata (počvy) umožňují účelně nasměrovat použití geofyzikálních metod i pro prognózu stavu horninového masivu v předpolí těžby.
Závěrečná zpráva Etapy 3.1 se zabývala rovněž trhacími pracemi velkého rozsahu v dolech; byl vysloven závěr, že teorie procesu detonace výbušnin a jejího účinku na okolní horninové prostředí se – při aplikaci vlnové teorie detonačního rozpojování – v podstatě neliší.
26
Odlišnosti trhacích prací v dolech spočívají především v řešení problému odvětrání plynných zplodin výbuchu a v uhelných dolech navíc v ochraně před iniciací výbušných směsí metanu se vzduchem a uhelného prachu.
Jedním z důležitých faktorů, zejména při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti na povrchu je distribuce trhavin v rozpojovaném objemu hornin; v pojetí řešitelů je důležitým parametrem správné, bezpečné a efektivní přípravy a provedení trhacích prací velkého rozsahu při hornické činnosti a zahrnuje několik dílčích aspektů, mezi které se řadí zejména:
a) volba trhaviny s ohledem na mechanicko-fyzikální vlastnosti rozpojované horniny, b) určení hmotnosti dílčích a celkové nálože trhaviny, c) optimální řešení konstrukce nálože podle místních podmínek (např. nálož dělená, radiálně či axiálně odlehčená, použití různých druhů trhavin v témže vývrtu), d) uspořádání dílčích náloží do odpovídající organizované soustavy, e) určení postupu a časového sledu výbuchu dílčích náloží. Řešení uvedených dílčích aspektů je při trhacích pracích velkého rozsahu úkolem technické praxe, především ve fázi zpracování dokumentace trhacích prací.
Správnost projektované distribuce trhaviny do rozpojovaného horninového masivu je dána provedením vrtů pro umístění náloží v jejich optimálních průměrech v souladu s projektem a se samozřejmým předpokladem správnosti projektu, který vychází z objektivně zdokumentovaného stavu dobývaných stěn.
Určit jednoduchým způsobem optimální velikost průměru vrtů pro trhací práce velkého rozsahu není snadné. Jde vždy o kompromis mezi technickými možnostmi (existence a technické možnosti vrtných souprav), ekonomikou (investiční náklady na vrtné stroje a zařízení, cena za l m vrtu), místními konkrétními podmínkami odstřelu (zejména druh hornin, způsob těžby, použité trhaviny a způsob jejich nabíjení, požadovaný výsledek odstřelu, např. fragmentace), výskytem ohrožených objektů v okolí odstřelu a řadou dalších okolností.
27
Obecně lze konstatovat, že: a) čím menší jsou průměry vrtů, tím hustěji se zpravidla musí vrty rozmístit, a tím menší je relativní soustředění trhaviny, b) čím menší je relativní soustředění trhaviny v objemové jednotce horninového masivu, tím je podle názoru řešitelů menší riziko vzniku nežádoucího nebo nepřípustného rozletu úlomků rozpojované horniny, c) zvětšením průměru vrtů a současně omezením jejich počtu, lze někdy dosáhnout úspor metráže vrtů a nákladů na vrtací práce, d) zejména u clonových, ale též u např. plošných odstřelů zvětšující se průměr vrtů zpravidla pozitivně ovlivňuje snížení primárních těžebních nákladů (rychlost vrtání), avšak kromě určitého rizika podle písm. b) se zpravidla zvětšuje i kusovitost rubaniny, což vyvolává nutnost dodatečného zdrobňování nebo použití robustnějších drtících zařízení, e) ke škodě věci dochází v praxi často k obrácenému postupu, když existující a používané vrtací zařízení je určujícím podkladem pro projekt, přípravu a provedení trhacích prací místo aby podle požadovaných výsledků odstřelů, a to ze všech hledisek, byl následně zvolen optimální průměr vrtů pro trhací práce.
Dále jsou v závěrečné zprávě Etapy 3.1 pojednány teoretické otázky zejména v oblastech průběhu a šíření detonace trhavinovými náložemi (rizika metastabilní popř. nestabilní detonace) a rizika předčasného výbuchu náloží trhavin v důsledku vnějších vlivů, jakož i působení jedovatých plynných zplodin chemické výbuchové přeměny trhavin.
Z hlediska ochrany před nebezpečným rozletem úlomků rozpojované horniny je důležitý průběh a výsledky sledování vlivu modelově vytvořených anizotropií konstantních materiálů metodou matematické simulace. Protože v případě hornin i v případě konstantních materiálů jde o analýzu velmi rychlých nelineárních dynamických dějů, byl použit výpočtový kód, založený na principu konečných prvků.
Jako reprezentant hornin byly zvoleny vápencové horniny a byly určeny jejich mechanicko-fyzikální parametry jako podklad pro matematickou simulaci.
28
Všechny modely vycházejí z odstřelu jediného vrtu o průměru 100 mm (0,1 m), který je umístěn ve vzdálenosti 40 d = 40 x 0,1 = 4 m od volné stěny (záběr vrtu), která je paralelní s vrtem. Kromě modelu 1 mají modely 2 až 6 anizotropní poruchy (zlomy) vzhledem k volné stěně resp. k náloži ve vrtu.
Modely používají pravoúhlou síť, kulatý průměr nálože byl převeden na ekvivalentní čtverec. Pravoúhlá výpočtová síť vychází z modelu konečných prvků, přičemž základní rozměr prvku je 0,05 m ve všech směrech.
Modely předpokládají, že ve směru souřadnice x je před náloží vrstva 4 m horniny za náloží 16 m, ve směru y 9,6 m horniny na obě strany od nálože (nekonečné tuhé přepážky).
Modely vylučují pohyb horniny v trojrozměrném prostoru, ve směru souřadnice z byla zvolena tloušťka horniny i trhaviny 0,05 m, odpovídající rozměru konečného prvku. Pohyb horniny po výbuchu nálože byl tudíž možný jen v ploše (souřadnice x, y) a vyhodnocován byl pohyb souřadnice x ve směru k volné ploše.
Model (tzv. cracking model) znázorňuje dynamické porušení horniny v tahu, přičemž vznikají v hornině trhliny (zlomy), o nichž se předpokládá, že počáteční šířka takového zlomu činí 0,1 mm s koeficientem tření 0,8. Trhavina je modelována stavovou rovnicí, platnou pro tritol (TNT) s dobrou aproximací pro běžné průmyslové trhaviny a hornina rovnicí, vycházející z porušení napětí horniny v tahu za vzniku trhlin.
Pro model byly zadány tyto případy odstřelů (vždy jen jeden samostatný výbuch bez sousedních výbuchů):
•
Odstřel standardní – bez zlomu v hornině, model 1
•
Odstřel se zlomem okolní horniny kolmým k volné stěně (VS) ve vzdálenosti 2,0 m od středu nálože, model 2
•
Odstřel se zlomem paralelním s VS ve vzdálenosti 2,0 m od středu nálože (před náloží), model 3
29
•
Odstřel se zlomem paralelním s VS ve vzdálenosti 2,0 m od středu nálože (za náloží), model 4
•
Odstřel se zlomem šikmým, pod úhlem 450 k VS ve vzdálenosti 2,0 m od středu nálože (před náloží), model 5
•
Odstřel se zlomem šikmým, pod úhlem 450 k VS ve vzdálenosti 2,0 m od středu nálože (před náloží), model 6
Průměr nálože byl vždy 0,1 m (protože výpočty byly provedeny s použitím pravoúhlé výpočtové sítě, byl definován ekvivalentní čtvercový počáteční průřez nálože).
Rozměry okolní horniny byly: ve směru souřadnice x 20,0 m (4,0 m před náloží, 16,0 m za náloží), ve směru souřadnice y 9,6 m v obou směrech. Ve směru souřadnice z byla uvažována jednotná tloušťka pro horninu i trhavinu 0.05 m.
Kromě matematického modelování ve vápencových horninách bylo provedeno modelování za stejného uspořádání v betonových blocích; ve vápencových horninách proto, že experimentální odstřely byly plánovány ve vápencích a v betonových blocích proto, že bylo plánováno provedení odstřelů v blocích s předvytvořenými plochami nespojitosti a s odstřely pomocí miniaturizovaných náloží na střelišti Explosie a.s. v Pardubicích-Semtíně.
Z matematických modelů jsou z obsahu Závěrečné zprávy převzaty pro ilustraci nejcharakterističtější výsledky a komentáře k nim. Pro porovnání jsou uvedena uspořádání modelů v hornině i v betonu.
30
stejná
Obrazová příloha – vápencové horniny
Obr.1 - Model 1, geometrické uspořádání
HORNINA
TRHAVINA
VOLNÁ STĚNA
31
Obr.2 - Model 1, detail pravoúhlé výpočtové sítě
HORNINA
TRHAVINA Obr.3 - Model 1, varianta cracking 1, čas 5 ms
TRHLINY V HORNINĚ
32
Obr.4 - Model 1, varianta cracking 1, čas 2,25 ms
Obr.5 - Model 1, varianta cracking 2, čas 5 ms
OBLAST VÝNOSU HORNINY
33
Komentář k Modelu 1 Obr. 1 a obr. 2 uvádějí základní geometrii uspořádání. Detonující nálož o průměru d je vzdálena od nejbližší volné stěny (plochy) 40 d a odpor v ostatních směrech je nekonečný. Hornina je izotropní bez výskytu ploch nespojitosti.
Obr. 3 vyznačuje v čase 5 ms od detonace vznik nových trhlin v hornině. Obr. 4 představuje totéž v polovičním čase 2,25 ms po iniciaci detonace nálože. V tomto krátkém čase je zřetelný počátek působení odražené části tlakové vlny, která v důsledku odrazu namáhá horninu tahovým působením. V bezprostředním okolí nálože je pozorovatelný vznik výbuchové dutiny a na stěně volné plochy (rozhraní hornina – vzduch) je patrné zesilující působení změny tlakového a tahového účinku napěťovýbuchové vlny (největší posun je na škále vyznačen sytě červeně, nejmenší sytě modře). Obr. 5 vyznačuje účinek detonace v čase 5 ms od jejího počátku ve variantě cracking 2. Pozorovatelný je vznik téměř pravoúhlého výtrhového kuželu (dále též výnos, oblast výnosu) s výhozem části horniny podél plochy volné stěny. Zřetelné jsou velikosti posunu částic horniny, jejíž pevnost byla překonána tahovým účinkem napěťovýbuchové vlny a zmenšené hodnoty posunu horniny v oblasti mimo obrys pravoúhlého výtrhového kužele. Ve směru nekonečného odporu horniny nejsou, kromě výbuchové dutiny, v čase 5 ms od iniciace detonace pozorovatelná porušení.
Model 1 představuje průběh odstřelu v celistvé hornině bez výskytu ploch nespojitosti.
34
Obr.18 - Model 6, geometrické uspořádání
TRHAVINA
ZLOM
Obr.19 - Model 6, varianta cracking 2, čas 5 ms
VÝNOS HORNINY
35
Komentář k Modelu 6 Obr. 18 uvádí situaci před výbuchem. Nálož trhaviny o průměru d je od volné plochy vzdálena 40 d, odpor v ostatních směrech je nekonečný. Ve vzdálenosti 20 d probíhá za náloží (směrem do nekonečného odporu) svislá plocha diskontinuity, která svírá s plochou volné stěny úhel 45o a protíná ji ve vzdálenosti cca 30 d pod průsečnicí přímky nejmenšího odporu (nejkratší spojnice mezi náloží a nejbližší volné stěny).
Obr. 19 vyznačuje situaci 5 ms po odstřelu. Situování plochy diskontinuity výrazně deformovalo spodní část výtrhového kuželu do tvaru výrazně tupoúhlé nálevky. Tato deformace výtrhového kuželu prokazuje vznik značného rizika nepřípustného rozletu úlomků horniny v důsledku zvýšeného rozpojovacího efektu v bližším prostoru mezi plochou diskontinuity a volnou stěnou, ve kterém je takto vytvořen jakýsi druhý výtrhový klín, neboť odrazy napěťovýbuchové vlny na rozhraní hornina – vzduch a na rozhraní plocha diskontinuity – hornina a změny jejího charakteru z tlakové na tahovou, dosahují vysoké koncentrace, neboť se odehrávají v relativně malém a zužujícím se prostoru. Riziko nepřípustného rozletu je v tomto případě vysoké. Rozsah posunu horninových částic v ose x rovněž potvrzuje zvýšený rozpojovací efekt v tomto prostoru.
36
Obrazová příloha – beton Obr.1 Model 1, posunutí betonu ve směru souřadnice x, čas 5 ms
Obr.2 Model 1, vektorové pole rychlostí v čase 5 ms
37
Komentář k Modelu 1 – standardní model bez zlomu (izotropní prostředí) Na obr.1 je uvedeno posunutí betonu v čase 0,005 s ve formě izočar. Je zřetelně vidět, že vlivem nižší hodnoty porušení v tahu je výnos betonu podstatně větší oproti vápenci. Tvar výnosu je také odlišný, existuje daleko větší oblast výnosu v okolí nálože.
Na obr.2 je uvedeno lokální vektorové pole rychlostí u volné stěny v místech proti náloži. Rychlosti výnosu pro tuto oblast jsou přibližně 25 m/s a neliší se příliš od hodnot pro vápenec. Je pozorovatelná pravidelná, poněkud tupoúhlá výtrž (výnos).
Obr.13 Model 6, posunutí betonu ve směru souřadnice x, čas 5 ms
38
Obr.14 Model 6, vektorové pole rychlostí v čase 5 ms v okolí zlomu u volné stěny
Komentář k Modelu 6 – šikmý zlom za náloží Na obr.13 je uvedeno posunutí betonu v čase 0,005 s ve formě izočar. Je zřetelně vidět, že vlivem nižší hodnoty porušení v tahu je výtrhový kužel (výnos betonu) podstatně větší oproti vápenci. Tento odstřel je velmi nepříznivý z hlediska nebezpečí rozletu úlomků; výtrž je tupoúhlá a nepravidelná.
Na obr.14 je uvedeno lokální vektorové pole rychlostí u volné stěny v místě zlomu u volné stěny. Rychlosti výnosu pro tuto oblast jsou přibližně až 200 m/s a jsou oproti standardnímu modelu mnohem větší vlivem toho, že orientace zlomu umožňuje skluz mezi oddělenými bloky a vlivem interakce bloků mohou lokální rychlosti být podstatně vyšší než u standardního modelu.
39
Vykonané výpočty demonstrují rozdílnost chování rozpojovaného materiálu v závislosti na parametrech rozpojovaného materiálu. Vlivem podstatně nižších mezí porušení bude výnos rozpojování betonu vyšší než výnos vápence. Ukazuje se jednoznačně, že nejrizikovějším (z hlediska nebezpečí rozletu) případem orientace zlomu je šikmý zlom za náloží, který umožňuje dosažení rychlostí rozletu lokálně až 200 m/s. Uváděné závěry pochopitelně platí pro výbuchy jediné nálože. U více náloží může být situace odlišná, spíše horší došlo-li by v oblasti tupoúhlé výtrže k předchozímu porušení materiálu explozí dřívější nálože.
Etapa 3.1 byla věnována teoretickému rozboru vnitřních a vnějších vlivů při trhacích pracích velkého rozsahu a jejich vlivu při hornické činnosti se zaměřením na geologické podmínky, vlastnosti rozpojovaných hornin a výbušnin a přesnost jejich distribuce v horském masivu, na vliv způsobu a provedení vrtných otvorů, na průběh detonace v náložích trhaviny a na rizika předčasného výbuchu; v rámci řešení bylo provedeno matematické modelování výskytu závažných nepravidelností v rozpojovaném anizotropním i izotropním prostředí. V rámci výzkumných prací byly upřesněny některé současné poznatky a získány nové, zejména v teoretickém posouzení nebezpečné predispozice rozpojovaných materiálů pomocí trhacích prací velkého rozsahu na nebezpečné účinky výbuchového rozpojování a tím vznikající riziko ohrožení osob, nemovitostí a zařízení.
Ze závěrečné zprávy Etapy 3.1 jsou uvedeny nejzajímavější poznatky:
a) Mechanicko-fyzikální procesy rozpojování hornin trhacími pracemi velkého rozsahu při hornické činnosti na povrchu i v dolech jsou prakticky shodné a liší se v zásadě pouze odlišnými technologiemi. Vliv anizotropie hornin (výskyt poruch a ploch diskontinuity) se projevuje jako nebezpečná příčina vzniku mimořádných ohrožení zvláště při trhacích pracích velkého rozsahu na povrchu; v dolech je toto riziko při základním respektování zásad bezpečné práce minimální.
b) Z teoretického posouzení interakce systému hornina – výbušnina vyplývá, že pro praktickou aplikaci trhacích prací velkého rozsahu při hornické činnosti je ve většině případů postačující použití do určitého stupně zjednodušujícího modelu, spočívajícího ve vyjádření souboru mechanicko-fyzikálních vlastností hornin a chemicko-
40
fyzikálních vlastností výbušnin pomocí šíření vln napětí (tzv. akustická impedance) a jejich interpretace. Tento model rovněž dobře vysvětluje průchod, odraz, tlakové, tahové a tangenciální působení napěťovýbuchových vln při procesu rozpojování hornin a míru jejich efektivity.
c) Ověřením průběhu detonačního rozpojování hornin s výskytem ploch diskontinuity (tektonických apod. poruch) metodou matematického modelování ve vápencové hornině bylo zjištěno, že mezi nejrizikovější případy lze zařadit existenci poruch se šikmou orientací k rozpojované volné stěně ve vzdálenosti účinného dosahu rozpojovacího efektu detonující nálože (zejména obr. 19). Zjišťování výskytu těchto a podobných ploch diskontinuity v rozpojovaném horninovém masivu bude nutno zabezpečit při přípravě a provádění trhací práce velkého rozsahu s dostatečným předstihem před provedením odstřelu.
d) Modelové odstřely provedené v betonu potvrdily v plné míře výsledky, získané ve vápenci. Vzhledem k výrazně nižší pevnosti betonu v tlaku i v tahu je rozpojovací efekt vyšší, avšak je zároveň spojen se zvýšeným rizikem rozletu, zejména v případech materiálových diskontinuit (poruch) se šikmou orientací k rozpojované volné stěně.
Výsledky matematických modelů v betonu byly využity při zkušebních odstřelech betonových bloků v E 3.3 a jako celek zevšeobecněny ve spojení s výsledky experimentálních odstřelů (zejm. E 3.4).
3.4.2 Etapa 3.2 – Modelové experimentální ověření vlivu anizotropie materiálu na rozpojovací účinek výbuchem
V rámci řešení Etapy 3.2 dospěli řešitelé k závěru, že pokud jde o projektování prací, při nichž jsou využity, optimalizovány a hodnoceny účinky detonace trhavinové nálože na pevné prostředí je potřebné vycházet z údajů, jimiž je dané inertní prostředí v podmínkách intenzivního rázového zatížení charakterizováno. Jedná se o kompresní adiabatu, křivku
41
odlehčení, Poissonovu konstantu, data charakterizující ztráty za čelem rázové vlny, statické a dynamické pevnostní parametry prostředí apod. Kdyby se pracovalo s definovanými materiály, za něž je možno považovat některé kovy a další konstrukční materiály, pak je tyto údaje možno převzít z odborné literatury a z databází. To však není možné při práci s anizotropními materiály a proto bylo třeba přistoupit k měření řady výše uvedených dynamických parametrů zvoleného prostředí – jemnozrnného betonu – na laboratorním kvazi l D modelu a porovnat takto získané údaje s výpočtem a s výsledky rázového zatěžování trojrozměrného betonového modelu včetně měření parametrů rázového l D zatížení polyamidu (Silonu). V průběhu řešení této etapy byl simulován ekvivalentní výbuch v konstantních materiálech s proměnnou anizotropií; po provedeném rozboru byl zvolen Silon a definovaný beton. Byla stanovena vhodná výbušná látka, schopná vybuchovat v požadovaných minimálních průměrech (litý trinitrotoluen a směs trinitrotoluenu s pentaerytrittetranitrátem v poměru 1 : 1) a pro počin byla zvolena lisovaná nitropentová tělíska s rozbuškou.
Dále byly stanoveny a vyrobeny zkušební válcové bloky z konstantních materiálů (Silon, definovaný beton), ve kterých byly vytvořeny plochy nespojitosti a následně byla provedena série zkušebních výbuchů, při kterých byl sledován vliv materiálu a anizotropních ploch na průběh generované detonační vlny a jejich projevů.
Provedené výzkumné práce, experimenty a jejich vyhodnocení umožnily získat srovnávací bázi pro působení detonace výbušnin v přírodních materiálech (horninách).
Schematické znázornění uspořádání zkoušek pro beton i silon je uvedeno na obr. 1 a obr. 2.
42
Obr. 1. Sestava pro měření kompresní adiabaty a útlumu rázové vlny pomocí dvojice piezorezistivních manganinových drátkových snímačů S1; S2 při reprodukovatelném rázovém zatížení měřeného modelu.
Generátor rovinné detonační vlny Teflon 2x0,5 mm Snímač piezorezistivní S1 Teflon 0,5 mm Zkoušený vzorek výšky h Teflon 0,2 mm
h
Snímač piezorezistivní S2 Opěrné tělísko výšky 20 mm x
Obr. 2. Vzorky s plastikovou vložkou napodobují poruchu struktury masivu, která je vyplněna vodou.
Vzorek daného průměru a výšky h 30o Štěrbina – plastiková fólie Štěrbina – plastiková fólie
Zkušební vzorky betonu se vyráběly ze směsi: 45 dílů říčního písku (propad sítem 0,5 mm), 40 dílů směsného cementu CEM V/A (S – V) 32,5 N a 15 dílů vody. Směs byla pěchována do forem příslušné výšky zhotovených z PVC trubky φ 63 mm o stěně 3 mm. Vzorky měly výšku h = 12, 22, 32, 42, 52, 62, 82 a 103 mm.
Sestava s rovinou
nehomogenity 300 měla výšku h = 72 mm při 1 mm teflonové fólii tvořící nehomogenitu. 43
V době, kdy byly prováděny zkoušky, to je 35 dní od výroby, byla stanovena hustota vzorků ρ0 = 1970 ± 10 kg/m3.
Zkušební silonové vzorky byly vyrobeny ze Silonových tyčí hustoty ρ0 = 1100 kg/m3, průměru φ =60 mm ve výškách h = 10, 20, 40 a 80 mm. Zároveň byly vyrobeny sestavy pro vytvoření nehomogenity prostředí. Sestava s rovinou nehomogenity 300 měla výšku h = 41 mm při 1 mm vzduchové mezeře a sestava se 450 měla celkovou výšku h = 81 mm s 1 mm vzduchovou mezerou.
Poznatky, získané experimentálními odstřely jsou platné pro oba typy měřených materiálů (beton, silon) a lze je charakterizovat takto:
-
Použitý generátor rovinné detonační vlny se vyznačuje relativně vysokou reprodukovatelností tlaků, vybuzených v ose přilehlého prostředí.
-
Technika měření vysokých dynamických tlaků či napětí pomocí manganinových snímačů podává vcelku reprodukovatelné a hodnověrné výsledky.
-
Nevýhodou celého uspořádání zkoušek
byl postupný rozvoj příčných tahových
složek, které se přenáší i na snímače. Tento efekt je patrný na zpožděném vzestupu signálu snímače a do jisté míry by jej bylo možno potlačit pouze zvýšením všech rozměrů celé soustavy (včetně náloží výbušnin), což se však nejeví jako příliš reálné. -
Vliv šikmé spáry na útlum čela rázové vlny (RV) vložením teflonu do betonu pod úhlem 300
nebylo možno ze získaných snímků spolehlivě posoudit z důvodů
značného útlumu prostředí. -
Zvolená měřící metodika byla založena na buzení (téměř) rovinné detonační vlny tzv. GRDV – generátorem (specielně konstruované kuželové příložné nálože s jádrem tvořeným TNT o dobře známých detonačních parametrech) a měření jejího útlumu po délce válcových vzorků zkoumaných modelových látek vložením dvou měřících snímačů (manganinového, tj. piezoresistivního typu): první snímač je vložen mezi ochrannými teflonovými foliemi vždy mezi základnu GRDV – generátoru a horní
44
plochu válcového vzorku o dané délce, druhý do mezery ve vzorku o dané (proměnné) délce (H). -
Souběžně byla pokusně ověřována možnost vyhodnocení (předpokládaného) útlumového inkrementu vložením šikmé plochy nespojitosti (spára s vloženou teflonovou folií s úhlem plochy 30 a 45°) k simulaci trhlinových nespojitostí v horninových masivech a bylo zjištěno:
-
U téže modelové látky (silon) bylo možné vcelku spolehlivě vyhodnotit vliv vložené spáry (30 a 45°) na (předpokládaný) útlum tlakového signálu. Vcelku překvapivě bylo stanoveno, že intenzita je po průchodu plochou nespojitosti snížena jen na pomezí statistické průkaznosti (pokud vůbec) a objektivně lze prokázat pouze jisté prodloužení (nepatrné!) doby trvání časového intervalu mezi náběhem signálů snímačů S1 a S2. Tato tendence je poněkud výraznější pro diskontinuitu s úhlem 45 stupňů.
-
Analogicky odvozené kompresní adiabaty pro beton vykazují velmi vysokou úroveň útlumu intenzity signálu zřejmě jako následek vysoké úrovně přetvárné práce; v důsledku tohoto jevu nebylo možno na betonových vzorcích vůbec vyhodnotit vliv vložené spáry – při nezbytné délce vzorku byla již v těchto měřeních úroveň signálu snímače S2 pod mezí objektivní vyhodnotitelnosti. Tuto skutečnost nejde žádným způsobem při použití dané metodiky měření změnit, protože spodní mez citlivosti končí při úrovni asi 2 – 3 GPa.
-
Využití těchto dílčích poznatků přichází do úvahy v navazující experimentální i výpočtové fázi výzkumu, tj. ověřování vlivu geometrie situování vnitřních ploch nespojitosti v modelových objektech na počáteční rychlost a směr vymrštění souboru fragmentů z připravované série modelových betonových objektů s vnitřní válcovou dutinou, připravenou pro instalaci válcové táhlé nálože v geometricko-podobnostní situaci simulující podmínky reálných povrchových odstřelů.
-
Při důsledné koncentraci všech možností nasazení souběžné měřící techniky, lze očekávat podstatný přínos pro snížení rizika spojeného se sledovanými účinky odstřelů. 45
-
Řešení Etapy 3.2 přineslo nové poznatky, zejména pokud jde o vliv vytvořené plochy diskontinuity na průběh detonační rázové vlny v homogenním (silon) i anizotropním (beton) prostředím a její účinky na prostředí. Z výsledků výpočtové analýzy
i ze
získaných dat experimentálních prací na zkušebních vzorcích, lze usuzovat na určitou omezenost vlivu tektonických apod. poruch v rozpojované hornině při trhacích pracích velkého rozsahu na vlastní účinek detonační rázové vlny, šířící se horninovým prostředím, ovšem kromě výraznějšího útlumu energie na jejím čele při průchodu (dopad, odraz, průchod) plochou diskontinuity resp. přechodem mezi dvěma prostředími o různé akustické impedanci. Lze tedy dále dovozovat, že nepravidelnosti při trhacích pracích velkého rozsahu, zejména případy nežádoucího rozletu úlomků horniny při výskytu tektonických apod. poruch v účinném rozpojovacím dosahu detonujících náloží lze připisovat spíše působení tzv. quasistatické fázi výbuchu a tedy zejména účinku výbuchových plynů. Poznatky, získané řešením Etapy 3.2, byly dále zohledněny a využity nejen v řešení Etapy 3.3 (modelové ověření distribuce výbušnin), ale zejména v Etapě 3.4 (experimentální ověření in situ).
3.4.3
Etapa 3.3 – Modelové ověření distribuce výbušnin v ekvivalentním materiálu zejména ověření vlivu vrtných otvorů a jejich průměru, jakož i jejich situování k nejbližší volné ploše a závislost na riziku velikosti rozletu
Původním záměrem řešitelů bylo uskutečnit simulované odstřely v přírodních materiálech (horninách). Uskutečnili řadu jednání ve věci ověření možnosti vytvoření maloprůměrových vývrtů o průměru kolem 3 mm ve vápencových popř. žulových blocích a zjistili, že není k dispozici tryskový vodní paprsek ani vrtné zařízení, které by mohlo v horninových strukturách zhotovit vrt o ø 3 mm a potřebné délce min. 70 mm. Požadavek průměru vrtu 3 mm vychází z geometrie odstřelu, při kterém se za účinný dosah záběru detonující nálože pro stanovení základní koncepce geometrie odstřelu považuje 40-ti násobek průměru nálože, přičemž délka ucpávky nálože se pohybuje kolem 1/3 délky celého vrtu Pro dodržení principu miniaturizace experimentálního uspořádání byly předběžně ověřeny a projednány možnosti zajištění výbušniny, spolehlivě detonující od
ø 3 mm a možnosti
získání vhodného typu iniciátoru do vrtného otvoru o ø 3 mm a dále byl hledán způsob zhotovení vrtu o shodném průměru. 46
Jako ekvivalentní materiál byl zvolen beton definovaných vlastností. Geometrie odstřelu solitérní táhlé nálože byla určena tak, že za ještě účinný dosah rozpojovacího účinku (zabírka W) byl uvažován 40-ti násobek průměru nálože výbušniny, za značně účinný dosah k simulované ploše nespojitosti polovina této hodnoty (20-ti násobek průměru nálože výbušniny) a za dosažení hodnoty přechodu napěťovýbuchové vlny do oblasti pouze pružnoplastických deformací vzdálenost odpovídající 60-ti násobku průměru nálože výbušniny.
Volba vzorků z betonových bloků umožnila současně vytvořit jednoduchým způsobem s dostatečnou geometrickou přesností umělé plochy diskontinuity z tabulí z polyetylenu o tloušťce 4 mm.
Na těchto podkladech byl zhotoven výkres pro výrobu betonových zkušebních bloků s vytvořením vrtného otvoru požadovaných rozměrů a s rozmístěním tabulí z polyetylenu, které simulují výskyt plochy diskontinuity v dosahu účinku detonující nálože (výkres je přiložen jako poslední strana této kapitoly). Zkušební betonové bloky byly vyrobeny pěchováním a vibrováním do předem vyrobených plechových forem s odnímatelnou čelní stěnou pro obnažení tzv. volné plochy při experimentálních odstřelech. V průběhu výroby zkušebních bloků byl na předem určená místa vsunut rovný ocelový drát o ø 3 mm pro vytvoření vrtného otvoru a rozmísťovány polyetylénové desky pro simulaci plochy nespojitosti. Podle výkresu 1 bylo vyrobeno: -
3 ks betonových bloků bez dělících přepážek 3 ks betonových bloků s přepážkou za vrtem rovnoběžnou s volnou stěnou 3 ks betonových bloků s přepážkou za vrtem pod úhlem 45° 3 ks betonových bloků s přepážkou před vrtem pod úhlem 45°
Mimo betonové bloky byly vyrobeny ze stejného materiálu 3 kusy zkušebních vzorků (kostky) pro provedení laboratorních zkoušek pevnosti v tlaku (15 x 15 x 15 cm) a 3 kusy zkušebních vzorků (trámky) na provedení zkoušek pevnosti v ohybu (10 x 10 x 40 cm).
47
Struktura vyrobených betonových bloků posouzená ze zlomků vzorků trámků při zkoušce pevnosti ohybem v tahu, je pravidelně zrnitá s výskytem zrn o max. rozměru až do 5 mm, což bylo ověřeno měřením na rozlomených vzorcích; pevnost betonu zjištěná standardní krychelnou metodou byla v rozmezí 18,15 až 23,43 N . mm-2.
Pro zkušební odstřely bylo nutno zvolit výbušninu, která je spolehlivě iniciovatelná v ø 3 mm, a která v tomto průměru je schopná stabilní detonace.
Z dostupných látek byl zvolen pentaeritrittetranitrát (PETN, pentrit). Detonační rychlost pentritu dosahuje hodnoty až 5800 m.s-1, detonační tlak 6,45 GPa a pracovní schopnost měřená výdutí v olověném bloku (Trauzlova zkouška) dosahuje hodnoty 500 cm3 při těsnění pískem. Citlivost k iniciaci je vysoká, neboť k vyvolání stabilní detonace postačí již množství 0,01g azidu olovnatého jako počinu.
Původní představa řešitelského týmu spočívala v iniciaci nálože pentritu o ø 3 mm pomocí elektrického odporového drátu.
Tento způsob iniciace, ačkoli vykazoval řadu
předností (zejména jednoduchost a malou prostorovou náročnost), se ukázal jako neschůdný.
Ve firmě Austin Detonator s.r.o. ve Vsetíně, byly vyrobeny pro účely řešení tohoto projektu speciální iniciátory na bázi azidu olovnatého (primér), a pentritu (sekundér)
pod
označením MD – 1. Pro utěsnění náloží byl pro první experiment použit běžný nesušený písek. Pro všechny ostatní experimenty byla použita prášková měď o sypné hmotnosti 4,25 g.cm-3. Těsnění bylo vytvořeno obsypáním vloženého iniciátoru MD-1 a navršením těsnícího materiálu do tvaru kuželu o výšce cca 25 mm a průměru základny cca 90 mm.
Pro záznam rozpadu zkušebních bloků a rozletu fragmentů byla použita digitální vysokorychlostní kamera Olympus i-SPEED s následujícím nastavením:
Snímková frekvence:
100 s-1
Čas uzávěrky:
0,1 ms (0,05 ms u experimentů I/1 a IV/1) 48
Rozlišení snímače:
800 x 600 bodů
Experimentálně bylo odstřeleno celkem 12 ks zkušebních bloků, 3 ks bez vytvořené plochy nespojitosti, zbývajících 9 ks s plochou nespojitosti. Základní uspořádání zkušebních odstřelů, pozorovatelné výsledky a jejich vyhodnocení se uvádí dále. Každý odstřel byl označen jako experiment (č. 1 až č. 12) a serie zkušebních bloků římskými číslicemi I – IV podle jejich uspořádání a jednotlivé bloky v řadách byly označeny arabskými číslicemi vždy 1 – 3.
Základní schéma uspořádání experimentů
1m
B 1m
D C E
A
F
Obr. č. 1: Uspořádání experimentu A – zkušební betonový blok B – referenční plocha pro záznam kamerou C – těsnění nálože D – detonační trubice iniciátoru MD-1 E – elektrická mžiková rozbuška F – vývrt s náloží, iniciátorem MD-1 a ucpávkou
49
Obr. č. 2: Speciální iniciátor MD-1 s detonační trubicí a hliníkovou dutinkou s nalaborovaným složemi, zkušební betonový blok s vývrtem a s rovnoběžnou plochou nespojitosti za náloží
Obr. č. 3: Digitální vysokorychlostní kamera Olympus – i Speed s ochranným plexisklovým rámem
50
Obr. č. 4: Betonové zkušební bloky před odstřelem; (odzadu): 1. řada bez plochy nespojitosti (BI) 2. řada s plochou nespojitosti šikmo za náloží (BII) 3. řada s plochou před náloží (BIII) 4. řada s plochou nespojitosti rovnoběžně za náloží (BIV)
51
Experiment č.1 Zkušební blok: I/1 (plný blok), Průměr a délka vrtu: 3,0 x 70 mm, Délka nálože: 46 mm Hmotnost nálože: 370 mg, Druh a délka ucpávky: písek; 24 mm (bez převýšení)
Obr. č 5
Obr. č. 6
52
Experiment č. 3 Zkušební blok: I/3 (plný blok), Průměr a délka vrtu: 4,5 x 70 mm, Délka nálože: 31 mm Hmotnost nálože: 500 mg, Druh a délka ucpávky: Cu; 39 mm + převýšení (kužel 25 x 90 mm)
Obr. č 18
Obr. č. 17
53
Dílčí závěry pro sérii I.:
1. Zvolená geometrie zkušebních bloků neumožnila další podstatné zvýšení nálože, které by bylo žádoucí pro vytvoření systému trhlin odpovídajících boční pravoúhlé výtrži. Je ovšem pravděpodobné, že za těchto podmínek by docházelo i k podstatnému rozpojení „bočních částí masívu“ a k nežádoucímu bočnímu rozletu fragmentů. 2. Za podmínek, jaké byly reálně proveditelné však vznikly rozpojené zkušební bloky, které bylo možné podrobněji analyzovat, pokud jde o charakter systému prvotně vznikajících trhlin, což v navazujících sériích usnadňovalo popis. 3. Základní srovnávací význam série I je však i jinak nesporný, pro možnost vyhodnocení vlivu vložených ploch nespojitosti v navazujících sériích II, III a IV.
Experiment č. 4 Zkušební blok: II/1 (svislá paralelní plocha nespojitosti za náloží), Průměr a délka vrtu: 4,5 x 70 mm, Délka nálože: 31 mm, Hmotnost nálože: 500 mg, Druh a délka ucpávky: Cu; 39 mm + převýšení (kužel 25 x 90 mm)
Obr. č 22
54
Obr. č. 23
Experiment č. 6 Zkušební blok: II/3 (svislá paralelní plocha nespojitosti za náloží, Průměr a délka vrtu: 4,5 x 69 mm, Délka nálože: 34 mm, Hmotnost nálože: 500 mg, Druh a délka ucpávky: Cu; 35 mm + převýšení (kužel 25 x 90 mm)
Obr. č 32
55
Obr. č. 33
Dílčí závěry pro sérii II.:
U všech tří rozpojených zkušebních bloků série II lze rozeznat shodný rys působení vložené plochy nespojitosti (PN) a to zabránění průběhu již generovaných trhlin v blízkosti nálože do PN odděleného masívu a tím i omezení zóny rozpojení. V tomto modelovém systému tedy PN vykazuje poněkud odlišnou funkci než analogické PN vytvořené v geologicky přírodních horninových masívech. Pravděpodobnou příčinou jsou v daném případě malé rozměry modelového měřítka s jen malou celkovou tuhostí sestavy, která pozměňuje podmínky přechodu vln napětí přes tato rozhraní.
56
Experiment č. 7 Zkušební blok: III/1 (svislá šikmá plocha nespojitosti před náloží), Průměr a délka vrtu: 4,5 x 70 mm, Délka nálože: 33 mm, Hmotnost nálože: 500 mg, Druh a délka ucpávky: Cu; 37 mm + převýšení (kužel 25 x 90 mm)
Obr. č 38
Obr. č. 39
57
Dílčí závěr pro sérii III: Síť všech základních primárních trhlin všech systémů je v podstatě analogická výsledkům pokusů této série. Mimo standardní úsťové výtrže je patrné naznačení deformovaného „středového kříže“ primárních trhlin, jehož horní rameno vertikály směřuje k zadní (vnějším obalem plechové formy upnuté) volné ploše. Na zkušebních blocích je pozorovatelný výrazný vliv vložené plochy nespojitosti, která svým působením vyvolává vyšší lokální úroveň fragmentace. Spodní rameno „středového kříže“ je dobře patrné bez deformace i v částečně rozpojeném betonu zkušebních bloků. Markantní je neporušenost betonu zkušebních bloků v části oddělené plochou nespojitosti; tato jinak působením výbuchu prakticky nedotčená část je vždy zřetelně posunuta směrem k volné stěně.
Experiment č. 10 Zkušební blok: IV/1 (svislá šikmá plocha nespojitosti za náloží), Průměr a délka vrtu: 4,5 x 70 mm, Délka nálože: 34 mm, Hmotnost nálože: 500 mg, Druh a délka ucpávky: Cu; 36 mm + převýšení (kužel 25 x 90 mm)
Obr. č 51
58
Obr. č. 52
Obr. č. 53
59
Obr. č. 54
Experiment č. 12 Zkušební blok: IV/3 (šikmá plocha nespojitosti za náloží), Průměr a délka vrtu: 4,5 x 68 mm Délka nálože: 35 mm, Hmotnost nálože: 500 mg, Druh a délka ucpávky: Cu; 33 mm + převýšení (kužel 25 x 90 mm)
Obr. č 61
60
Obr. č.62
Dílčí závěr k sérii IV: Vyobrazené zkušební bloky B IV/1 a B IV/3 po rozpojení dokumentují zvýšenou lokální koncentraci trhlinového rozpojení v pravých (tvarově deformovaných) segmentech tvaru kříže. Není proto překvapující, že právě u B IV/1 byla v celé pokusné etapě experimentálně zjištěna nejvyšší hodnota počáteční rychlosti bočně vrženého fragmentu a to Vo = 3,88 m/s. Zde je vhodné poznamenat, že u všech ostatních měření byly stanoveny hodnoty počátečních rychlostí pouze v mezích 0,4 – 1,9 m/s (pozn.: vertikální rychlosti výstřelu fragmentů, jejichž původ je ve vzniku úsťové výtrže byly nepochybně podstatně vyšší, nebyly však pro účely této série měření vyhodnocovány). Nové poznatky získané řešením této Etapy spočívají ve zjištění, že přítomnost ploch nespojitosti v materiálu, rozpojovaném pomocí trhacích prací velkého rozsahu, které jsou nepříznivě polohově situovány vůči geometrickému systému rozmístění náloží, přispívá v každém případě průběhu odstřelu k výrazně odlišnému vzniku fragmentace v této oblasti a k možnosti přímého účinku plynných zplodin výbuchu náloží trhaviny bez vykonání
61
projektovaného zdrobňovacího účinku odstřelu (při simulaci výbuchu na jednu volnou plochu detonací solitérní nálože).
Pro pokusy byla – i z hlediska experimentálních možností – zvolena solitérní nálož, která na rozdíl od systému spolupůsobících náloží, umožnila samostatně sledovat vliv geometrie různě situovaných ploch nespojitosti v rozpojovaném materiálu na účinky a působení detonujících náloží.
V průběhu experimentálních prací byl za účelem ověření vlivu vrtných otvorů a jejich průměru měněn původní průměr vrtných otvorů 3 mm při délce 70 mm na 6 mm pří délce 85 mm, který se později ustálil na průměru 4,5 mm a délce 70 mm. Těmto změnám odpovídala i změna délky a hmotnosti nálože PETN: z původní délky nálože 46 mm a hmotnosti 370 mg byl po vyzkoušení délky nálože 85 mm, hmotnosti 380 mg a průměru 6 mm zvolen průměr vrtných otvorů 4,5 mm při délce 70 mm, což odpovídá náloži o hmotnosti 500 mg při délce od 31 mm do 36 mm. Zbývající část vrtů byla vždy ucpána. Jako ucpávka byla od druhého experimentu zvolena pro zvýšení účinnosti těsnění prášková měď o sypné hmotnosti 4,26 g.cm-3 a nad ústím vrtů bylo prováděno překrytí o výšce cca 25 mm a průměru cca 90 mm.
Provedené změny ověřily skutečnost vlivu průměru na rozpojovací efekt, spočívající v tom, že zabírka (odporová přímka) je při odstřelu táhlými náložemi na dvě volné plochy (clonové odstřely) funkcí průměru vrtu resp. nálože, což se při daném experimentálním uspořádání (změny průměru náloží) při konstantní zabírce 120 mm projevilo vyšším stupněm rozpojovacího efektu. Řešitelé dospěli k poznatku, že tzv. „pravidlo čtyřiceti“
lze v celém
rozsahu uplatňovat pouze v případech detonačního spolupůsobení více náloží při vhodném časovém sledu souvisejících výbuchů.
Bylo prokázáno – a porovnání výsledků odstřelů s existencí ploch nespojitosti a bez nich to názorně dokazují -, že výskyt ploch nespojitosti vyvolává intenzivnější a méně předpokládatelný rozpojovací efekt za jinak téměř shodných podmínek. Tuto skutečnost vysvětlují řešitelé tím, že v důsledku existence plochy nespojitosti v účinném dosahu detonující výbušniny dochází při generaci napětí ke vzniku chaotického vlnového spektra v důsledku průchodu a odrazu napětovýbuchových vln při nárazu na plochu nespojitosti (impedanční bariéra), k jejich interferenci a změně charakteru (vlna tlaková se po odrazu mění na vlnu tahovou), jakož i ke vzniku dalších typů vln, např. příčných. 62
V důsledku popsaných efektů pak dochází lokálně k rozdílnému způsobu vzniku primárních trhlin tlakovými, tahovými a tangenciálními silami šířící se napěťovýbuchové vlny v materiálu, v němž je odstřel prováděn a tím k lokálně rozdílným projevům expanze plynných zplodin výbuchu v „předrozpojeném“ materiálu zkušebních bloků. Za nově získané a řešením etapy zadaného úkolu prokázané poznatky, považují řešitelé poznatky z průběhu rozpojovacího efektu zkušebních betonových bloků, získané vysokorychlostní kamerou ve zvolené době 100 ms po iniciaci zkušebních náloží. V této době je již chemická výbuchová přeměna trhaviny pentrit spolehlivě dokončena, účinkem seismovýbuchové vlny již byly vytvořeny primární trhliny a pokud došlo k projevům úsťové výtrže, drobné úlomky betonu již byly vymrštěny a jsou v této časové fázi již relativně dlouho v pohybu.
Kamera v ose hlavního směru výbuchu zachycuje rychlost a směr pohybu rozpojených částí zkušebních bloků, způsobených plynnými zplodinami exploze, přičemž jejich rychlost i směr jsou predikovány účinkem detonační rázové vlny vzniklými primárními trhlinami v rozpojovaném zkušebním bloku. Zjištěné rychlosti letících úlomků se pohybovaly v rozmezí 1,42 – 2,07 ms-1 v I. sérii (bez plochy nespojitosti), 0,39 – 1,21 ms-1 ve II. sérii (plocha nespojitosti rovnoběžná s volnou stěnou za náloží), 0,34 – 1,55 ms-1 ve III. sérii (plocha nespojitosti šikmé před náloží), 0,57 – 3,88 ms-1 ve IV. sérii (plocha nespojitosti šikmá za náloží). Poznatky získané řešením Etapy 3.3 prokazují, že existence plochy nespojitosti v účinném dosahu vlny napětí, generované detonací výbušniny v rozpojovaném materiálu (hornině) je vždy zdrojem rizika nadměrného výhozu a tím nepřípustného rozletu úlomků materiálu, ve kterém k explozi výbušniny dochází.
Na základě výsledků matematického modelování (Etapa 3.1), experimentálních odstřelů při ověřování vlivu anizotropie na rozpojovací účinek výbuchem (Etapa 3.2) i na základě vyhodnocení výsledků při kterých byla simulována existence geologických popř. tektonických poruch ve zkušebních blocích (Etapa 3.3) dospěli řešitelé k možnosti stanovit sestupnou míru rizikovosti jednotlivých geologických faktorů popř. tektonických poruch,
63
které se v rozpojovaném horninovém masívu vyskytují a které mohou způsobit anomální průběh odstřelu, vedoucí k nepřípustnému rozletu úlomků rozpojované horniny:
1. Makroskopicky zjistitelné tektonické poruchy nevyhojené nebo vyhojené např. méně pevným (soudržným) materiálem než původní hornina nebo zvodnělé svislé nebo ukloněné, svírající s nejbližší volnou stěnou úhel cca 30° až 60°, situované za účinnou náloží; účinnou náloží se v daných případech rozumí taková nálož, jejíž detonační rázová vlna dosáhne tektonickou apod. poruchu s takovou intenzitou , že její odražená část má na svém čele energii ještě postačující k překonání pevnostních charakteristik stavebně-mechanických jednotek hornin tahovým nebo tangenciálním působením.
2. Makroskopicky zjistitelné poruchy shodně s odst. 2, avšak situované za účinnou náloží, rovnoběžné s volnou stěnou nebo svírající s ní úhel cca ± 30°.
3. Existence mikrotrhlin vzniklých účinky předchozích odstřelů, mikrotektonika, klivážní plochy (zejména puklinové), drobná vrstevnatost sedimentárních hornin, břidličnatá dělitelnost apod.
4. Makroskopicky zjistitelné poruchy shodně s odst. 1, avšak situované před náloží.
64
65
3.4.4 Etapa 3.4 – Experimentální ověření mechanicko-fyzikálních vlastností hornin ve vztahu k chemicko-fyzikálním vlastnostem trhavin
Pro účely řešení této etapy bylo nutné v prvé řadě vyspecifikovat, které dobývané horniny se vyznačují výrazně odlišnými mechanicko-fyzikálními parametry, a vyhledat lomy, ve kterých se dobývají a v druhé řadě vybrat druhy trhavin, které se rovněž vyznačují výrazně odlišnými chemicko-fyzikálními vlastnostmi, přičemž pro horniny i trhaviny bylo z experimentálních i vyhodnocovacích hledisek nutno určit jednotnou srovnávací bázi pro horniny i pro trhaviny.
Na základě aplikace vlnové teorie působení detonující trhaviny na rozpojovací efekt v obklopujícím materiálu, v daném případě v hornině (o které bylo pojednáno zejména v Etapě 3.1), byla za srovnávací bázi přijata akustická impedance obou materiálů – hornin i trhavin.
Akustická impedance hornin (Iak) je dána především jejich fyzikálními vlastnostmi, zejména
specifickou
(měrnou)
hmotností
(hustotou)
a
rychlostí
šíření
podélné
seismovýbuchové vlny, která se jimi jako produkt detonace výbušniny šíří a lze ji obecně vyjádřit vztahem
Iak horniny = kg . m-3 . m . s-1 = kg . m-2 . s -1 Hodnoty akustické impedance a dalších charakteristik hornin byly pro jednotlivé typické druhy hornin zjišťovány řadou autorů; hodnoty objemové hmotnosti (hustoty), rychlosti šíření podélné vlny a akustické impedance pro horniny, ve kterých byly prováděny experimentální odstřely, byly v rámci řešení zjištěny měřením in situ.
Ve vztahu
k mechanicko-fyzikálním
vlastnostem
hornin,
vyjádřených
jejich
akustickou impedancí lze najít určitou paralelu u trhavin, vyjádřenou jejich chemickou (rázovou) impedancí (Ir). Podobně jako u hornin se uvádí, že rázová impedance dané trhaviny je součinem její hmotnosti (kg.m-3) a rychlostí detonační přeměny (m.s-1) a lze ji vyjádřit vztahem
66
Iráz trhaviny = kg . m-3 . m . s-1 = kg . m-2 . s-1 Charakteristická impedance (kg . m-2 . s-1) x 106 užívaných typů průmyslových trhavin se pohybuje obvykle v rozmezí od nejnižších hodnot kolem 3,65 (jednoduché směsné trhaviny na bázi dusičnanu amonného s organickým palivem) přes střední hodnoty mezi 4,0 až 7,0 (trhaviny na bázi dusičnanu amonného senzibilizované např. příměsí hliníku nebo přidáním tritolu nebo nitroglecoroglykolové plastické trhaviny typu Perunit nebo Danubit) a kolem 10,0 (vysoce účinné energeticky bohaté trhaviny např. typu Danubit Geofex nebo Semtex).
Pro docílení co největšího souběhu mezi akustickou impedancí horniny a rázovou impedancí trhaviny byly zvoleny – s přihlédnutím k provozním a technologickým možnostem těžebních organizací v lomech Velkolom Čertovy schody (ČS) a Horní Tašovice (HT), jakož i k možnostem spolupracující organizace SD Vrtné a trhací práce a.s. – takové druhy trhavin, které co nejvíce vyplní při nabíjení prostor vrtu tak, aby byl eliminován přechod detonační rázové vlny v systému trhavina – vzduchová mezera – hornina a byl vytvořen přímý přechod v systému trhavina hornina.
Z tohoto důvodu byly pro experimentální odstřely zvoleny trhaviny tzv. sypké, pneumaticky nabíjitelné a tzv. čerpatelné (gelovité, kapalné konzistence).
Jednalo se o trhaviny typů a charakteristik:
Konzistence
Hustota (kg. m-3)
Det. rychlostx) (m . s-1)
sypká
min. 700
3846
Titan 7000
emulzní
1000
5456
Sllurit 50
emulzní
1300
4888
Označení trhaviny
DAP-VTP 1
x)
změřená ve vrtu při řešení etapy
67
Měřením in situ zjistili řešitelé hodnoty akustických impedancí hornin a rázových impedancí trhavin při experimentálních odstřelech takto: Iak horniny (kg m-2 s-1 . 106) Iráz trhaviny (kg m-2 s-1 . 106 )
I ak horniny
Název Iráz trhaviny
Název Iráz trhaviny
Název Iráz trhaviny
Vápenec
9,82
DAP-VTP 1 2,69
Titan 7000 5,41
Slurrit 50 6,35
Čedič
17,56
Hornina
2,69
5,41
6,35
Tabulka č. 1 – Přehled (srovnání) charakteristických akustických impedancí rozpojovaných hornin a použitých trhavin
V rámci řešení Etapy 3.4 bylo provedeno celkem 9 experimentálních clonových odstřelů. V následující tabulce je uveden jejich přehled včetně lomů, etáží, dat provedení a místního označení (číslování). Pro jednoduchost a jednoznačnost identifikace informací budou v následujícím textu všechny odvolávky na odstřely uváděny pořadovým číslem 1 – 9 celkového pořadí odstřelů v časové posloupnosti tak jak byly prováděny a jak jsou uvedeny v následující srovnávací tabulce.
68
Poř. číslo
Místo provedení odstřelu
Etáž
odstřelu
Číslo odstřelu
Datum provedení
dle lokality
odstřelu
1
Velkolom Čertovy schody - východ
5
6258/06 - 5/314
27.6.2006
2
Velkolom Čertovy schody - východ
5
6262/06 - 5/315
13.7.2006
3
Lom Horní Tašovice
3
CO č. 211
20.7.2006
4
Lom Horní Tašovice
3
CO č. 212
3.8.2006
5
Velkolom Čertovy schody - východ
7
6271/06 - 7/249
9.8.2006
6
Velkolom Čertovy schody - východ
7
6288/06 - 7/253
6.10.2006
7
Velkolom Čertovy schody - východ
7
6300/06 - 7/254
7.11.2006
8
Lom Horní Tašovice
3
CO č. 219
21.11.2006
9
Velkolom Čertovy schody - východ
7
6322/07 - 7/257
24.1.2007
Tabulka č. 2 – Přehled provedených experimentálních odstřelů
Velikost odhozu byla sledována při všech odstřelech vizuálně a podchycena ve foto a videodokumentaci.
Vznik rozletu nebyl při žádném z experimentálních odstřelů zaznamenán.
Poznámka: Za odhoz se považuje vznik nového rozvalu za obvyklých okolností, v žádném případě ne těsně nebo za hranici bezpečnostního kruhu. Za rozlet se považuje odlet úlomků rozpojovaného materiálu za hranici bezpečnostního okruhu.
Detailní popis jednotlivých experimentálních odstřelů včetně používané dokumentace a jejich vyhodnocení jsou uvedeny v textu Závěrečné zprávy Etapy 3.4 jako samostatná příloha.
Pro reprodukovatelnost výsledků měření a pozorování byla dodržována zásada postupných změn pouze omezeného počtu vzájemně srovnatelných parametrů. Proto byly vybírány k experimentům pouze stěny se srovnatelnými geologickými a petrografickými charakteristikami a měněny byly pouze 2 typy trhavin (sypký DAP a 2 druhy emulsní trhaviny) a geometrie vrtného pole, což při časově omezeném rámci na daných lokalitách bylo maximum, co umožňovaly postupy uvedených lomů diktované odbytem produktů a potřebou zpracovatelských kapacit.
69
Experimentální odstřely byly prováděny metodou rozdělení odstřelu na shodné poloviny, kdy jedna polovina byla navrtána obvyklým standardním způsobem a na druhé polovině odstřelu byly sníženy parametry záběru a roztečí vrtů v řadě vždy o cca 15 %. Prohlídkou na místě a fotografickou a video dokumentací došli řešitelé k závěru, že pozorováním nebyl při snížení parametrů záběrů a roztečí zjištěn výrazný rozdíl ve velikosti odhozu a rozletu, lze však dokumentovat rozlišitelné změny geometrického tvaru rozvalu, částečně velikostí odhozu, respektive míry odtažení rozvalu od odstřelem nově vzniklé lomové stěny. Nebylo zjištěno, a to ani při značném snížení záběru v případech, kdy se projektované zmenšení záběru sečetlo s lokálním zmenšením způsobeným značně členitou morfologií lomové stěny zejména na čedičovém lomu Horní Tašovice (dále též HT), že by došlo k výrazné či nebezpečné změně v konfiguraci nově vzniklého rozvalu nebo dokonce k nebezpečnému rozletu úlomků rozpojované horniny. V následující tabulce je přehledně uvedeno jakou hlavní trhavinou byly odstřely prováděny. Množství použitých trhavin je přehledně uvedeno v následující tabulce č. 7 Poř. číslo měření
Místo
TRHAVINY
odstřelu
(odstřelu)
DAP VTP 1
Semtex 1A
Emulgit
Titan 7000
(kg)
(kg)
(kg)
(kg)
2 640,00
14,00
75,00
1
ČS
2
ČS
3
HT
4
HT
5
ČS
4 600,00
22,50
6
ČS
3 910,00
10,25
7
ČS
3 910,00
11,00
8
HT
9
ČS
Výbušniny celkem
10,00 4 085,00
ROZNĚCOVADLA Slurrit 50
Poladyn 31
Austrogel
Celkem
Dem S
Indet surf.
Indet MS
Celkem
(kg)
(kg)
(kg)
(kg)
(ks)
(ks)
(ks)
(ks)
2 729,00
1
28
28
57
2 684,00
1
2 674,00
16,50 12,00
4 229,00 350,00
11,50
23 320,00
124,25
6 804,00
425,00
20
41
66
66
132
4 241,00
48
48
96
4 972,50 250,00
16,50 4 175,00
20
4 101,50
9 478,00
10,00
4 229,00
260,00
45
45
92
4 170,25
2
41
41
82
3 921,00
44
44
88
6 830,50
70
69
139
490,00
4 676,50
46
46
92
490,00
38 326,25
408
407
819
4
Tabulka č. 7 – Přehled o spotřebě výbušnin spotřebovaných při experimentálních odstřelech
Geometrie vrtného pole a další důležité parametry všech odstřelů včetně projektové dokumentace tvoří samostatnou přílohu Závěrečné zprávy Etapy 3.4, na kterou se odkazuje.
Následující obrázky a tabulky ilustrují zásady provedení vybraných experimentálních odstřelů a jejich výsledky (vyhodnocení).
70
cca 8 m cca 45 m 14,9 m
Obr. č. 7 - Geometrie rozvalu a výsledek odstřelu č. 1 (6258/06 – 5/314 na VČS)
cca 10 m cca 30 m cca 15 m
Obr. č. 8 – Geometrie rozvalu a výsledek odstřelu č. 2 (6262/06 – 5/315 na VČS)
71
Poř. číslo
Datum provedení
měření
odstřelu
1 ČS
27.6.2006
DAP VTP 1
2 ČS
13.7.2006
TITAN 7000
3 HT
20.7.2006
4 HT
Ucpávkový
Přítomnost
Vliv na rozval
materiál
vody
Vyhodnocen
dle GP
vrtná drť
ne
Fotodokumentace
dle GP
vrtná drť
ne
Fotodokumentace
DAP VTP 1
dle GP
vrtná drť
ne
Fotodokumentace
3.8.2006
Sllurit 50
dle GP
vrtná drť
ne
Fotodokumentace
5 ČS
9.8.2006
DAP VTP 1
dle GP a 15% záběr
vrtná drť
ne
Fotodokumentace
6 ČS
6.10.2006
DAP VTP 1
dle GP a 15% záběr
vrtná drť
ne
Fotodokumentace
7 ČS
7.11.2006
DAP VTP 1
dle GP a 15% rozteč vrtů
vrtná drť
ne
foto + záměra paty
8 HT
21.11.2006
TITAN 7000
dle GP a 15% záběr *
vrtná drť
ano
foto + záměra paty
9 ČS
24.1.2007
DAP VTP 1
dle GP a 15 % záběr i rozteč
vrtná drť
ne
Fotodokumentace
Hlavní trhavina
Geometrie vrtného pole
Tabulka č. 8 – Přehled provedených experimentů (ve vztahu ke standardním postupům) a způsobů dokumentace
cca 2,5 m
cca 10,5 m cca 35 m
Obr. č. 9 – Geometrie rozvalu a výsledek odstřelu č. 3 (CO č. 211 – H. Tašovice)
cca 4 m
Rozval CO č. 211
Stěna cca 10,5 m cca 35 m Rozval CO č. 212
Obr. č. 10 - Geometrie rozvalu a výsledek odstřelu č. 4 (CO č. 212 - H. Tašovice)
72
Z výše uvedených obrázků i z videozáznamů obou odstřelů, které jsou přiloženy k Závěrečné zprávě Etapy 3.4 na CD-ROM je zřejmé, že vliv změny trhaviny na průběh odstřelu, na jeho dynamiku i na tvar a velikost rozvalu je relativně malý a patrně zvláště nevybočuje z rozptylu daného vlivem konkrétního tvaru a geologických dispozic té či oné konkrétní stěny nebo její části. A to i přesto, že průměrná měrná spotřeba trhaviny se obecně zvýšila při stejné geometrii vrtného pole a samotných vrtů v poměru hustot (náložových hustot) obou použitých trhavin, tj. cca 0,85 kg trhaviny/dm3 ve vrtu u trhaviny DAP a 1,1 – 1,3 kg trhaviny/dm3 ve vrtu u emulsní trhaviny.
U následujících odstřelů na obou lokalitách bylo zkoumán vliv změny geometrie vrtného pole a tím způsobené změny měrné spotřeby, tj. přeneseně koncentrace trhaviny v masivu. Nejprve se jednalo o zmenšení záběru oproti generálnímu technickému projektu o 15 %. Jednalo se o v celkovém pořadí 5. a 6. odstřel na VČS a poslední odstřel na lomu Horní Tašovice (tj. v celkovém pořadí všech odstřelů odstřel 8.). Zatím co konkrétní změny jsou zdokumentovány v přiložené dokumentaci trhacích prací – tj. v prováděcích projektech – pozorování vlivu uvedených změn je zachyceno na videodokumentaci a je zřejmé i z následujících obrázků. Na těchto obrázcích je patrné zmenšení záběrů na jižních stranách odstřelů. Na levém snímku při 6. odstřelu na VČS a pravém snímku při 8. odstřelu na Horních Tašovicích.
Obr. č. 11 a 12 – Snížení záběrů v jižních částech odstřelů č. 6 (na VČS) a č. 8 (na HT)
U odstřelu č. 5 (6271/06 – 7/249) na VČS snížení záběru bylo realizováno v jižní polovině odstřelu (na následujících dvou obrázcích blíže k fotoaparátu)
73
Paralela se stěnou cca 35 m
cca 40 m
Obr. č. 13 - Geometrie rozvalu a výsledek odstřelu č. 5 (CO č. 6271/06 – 7/249 na VČS)
cca 6 m
cca 8 m
Obr. č. 14 - Odtažení rozvalu od lomové stěny odstřelu č. 6 (CO č. 6271/06 – 7/249 na VČS)
Od odstřelů č. 7. a 8. bylo pro zpřesnění zdokumentování vlivu změn geometrie vrtného pole na tvar a velikost rozvalu mimo fotodokumentaci použito geodetické zaměření paty rozvalu, které lépe kvantifikuje míru „natažení“ rozvalu než pouhá fotografie. Následující obrázek dokumentuje tvar paty rozvalu odstřelu č. 7 na VČS podle geodetického
74
zaměření, kdy v severní části vrtného pole byl ponechán standardní záběr, ale o 15 % byla snížena rozteč mezi vrty v řadách.
Konečná záměra 1. řady
Pata rozvalu
Konečná záměra 2. řady Hustější rozteče vrtů
Řidší rozteče vrtů
Horní hrana stěny
Obr. č. 15 – Vyhodnocení geodetického zaměření tvaru rozvalu odstřelu č. 7 (6300/06 – 7/254 na VČS)
Při 8. odstřelu provedeném dne 21.11.2006 na lomu Horní Tašovice bylo v jižní části vrtného pole provedeno snížení záběru (viz obrázek ) a bylo provedeno geodetické zaměření paty odstřelu.
75
Obr. č. 16 a 17 – Zaměřování tvaru (paty) rozvalu odstřelu č. 8 (CO č. 219 v lomu Horní Tašovice)
Vyhodnocení tvaru paty rozvalu ve vztahu ke geometrii vrtného pole je zřejmé z následujícího soutisku jejího průběhu a konečné záměry na následujícím vyobrazení.
Pata rozvalu
Horní hrana stěny
Konečná záměra 1. řady
Obr. č. 18 – Vyhodnocení geodetického zaměření tvaru rozvalu odstřelu č. 8 (CO č. 219 v lomu Horní Tašovice)
Největší změna oproti generálnímu technickému projektu byla realizována při posledním provedeném odstřelu, při odstřelu č. 9 (č. 6322/07 - 7/257) na Velkolomu Čertovy
76
schody dne 24.1.2007. Při tomto jednořadém odstřelu situovaném přes celou uvolněnou východní část lomové stěny 7. etáže (jednořadý CO byl zvolen s ohledem na omezení celkové nálože v důsledku ochrany Koněpruských jeskyní před seismickou odezvou trhacích prací a potřebou maximální délky odstřelu pro prokazatelnost vlivu změn oproti standardnímu provedení) byla polovina vrtného pole (23 vrtů) provedena standardně a u druhé poloviny byly zmenšeny záběr i rozteče vrtů o cca 15 %. Tím došlo k poměrně výraznému zvýšení měrné spotřeby trhaviny z 0,52 na 0,67 kg/m3.
Při samotném odstřelu, který byl i přes velice nepříznivé klimatické podmínky nasnímán ze dvou míst na videozáznam a po odstřelu byla provedena podrobná fotodokumentace rozvalu (geodetické zaměření paty rozvalu a konečná záměra vrtů a horní hrany před odstřelem jako u předchozích odstřelů nebylo provedeno pro špatnou viditelnost a přístupnost míst na okraji lomu, kde jsou umístěny orientační body), která díky čerstvě napadlé sněhové pokrývce velice dobře dokumentuje tvar a rozměry rozvalu a tak umožňuje dobré srovnání vlivu zvýšení měrné spotřeby na jeho tvar. Na následujícím panoramatickém snímku je zřejmé, že v jeho levé části je vidět zvětšení délky rozvalu o cca 20 m v místech výše uvedené úpravy parametrů jižní poloviny vrtného pole a jím vyvolaného zvýšení měrné spotřeby.
Paralela se stěnou
cca 15 – 20 m
Obr. č. 19 – Geometrie rozvalu a výsledek odstřelu č. 9 (3222/07 – 7/257 na VČS)
K velikosti rozdílu délky odhozu rozvalu je třeba uvést, že do kritického místa dopadla i část rozpojené rubaniny ze střední (dělící) části vrtného pole, odkud byl prováděn start roznětu obou částí odstřelu. Toto je zřejmé z analýzy videozáznamu „c_6_2.avi“ pořízeného kamerou snímající odstřel „zezadu“ od východu z tzv. „ministerské vyhlídky“. Z této videosekvence bylo pro ilustraci vyjmuto následujících 6 snímků. 77
Obr. č. 20 – Sekvence snímků dokumentujících pohyb rozpojené suroviny při odstřelu č. 9
Na snímcích je červeným kolečkem označen srovnávací bod ležící přibližně na kolmici na hranu lomové stěny v místech startu obou větví roznětu. Zelená šipka sleduje čelo letící rozpojené rubaniny. Ještě markantněji je uvedený děj zřejmý ze samotného videozáznamu, ze kterého byly výše prezentované snímky vyjmuty. Z následujícího panoramatického čelního pohledu na rozval je zřejmé i jeho snížení ve jeho jižní části (na snímku vpravo) což je dalším důkazem většího rozprostření rozpojené suroviny a to i přes výše uvedený částečný transfer hmoty ze střední části odstřelu.
Obr. č. 21 – Čelní pohled na rozval odstřelu č. 9 – v pravé části odstřelu je zřejmé zploštění rozvalu a větší odhoz
Výsledky v pořadí 5. – 9. odstřelu, při kterých byl ověřován vliv změny měrné spotřeby trhaviny způsobený změnou geometrického uspořádání vrtného pole, obdobně jako v případě změny použité trhaviny a její výkonosti při odstřelech 1. – 4. prokazují, že
78
provedené změny jsou z hlediska rizikovosti nepřípustného rozletu úlomků horniny za hranici správně stanoveného bezpečnostního okruhu obtížně rozeznatelné a zdokumentovatelné. Uvedené změny výkonnosti použité trhaviny i geometrického uspořádání vrtného pole (a to i při jejich souběhu ke kterému došlo záměrně i vynuceně – při posledním odstřelu č. 8 v lomu Horní Tašovice) se zdokumentovaně projevily na tvaru rozvalu a jeho odtažení od stěny a určité, v rámci úkolu však objektivně nezdokumentovatelné změně fragmentace rozpojené horniny. Potvrzuje se tak, že rozlet úlomků hornin za hranice bezpečnostního okruhu způsobuje buď fatální odchylka v projektu odstřelu nebo v parametrech odstřelu nebo fyzikálně mechanických vlastnostech rozpojovaného bloku, respektive jeho části, případně souběh několika odchylek, které by samy o sobě a bez spolupůsobení s jinými odchylkami nadměrný rozlet nezpůsobily.
Při experimentálních odstřelech bylo díky snímání 2 videokamerami a současně minimálně jedním digitálním fotoaparátem sledováno chování rozpojovaného masivu v místě ucpávky, jako jednoho z možných zdrojů ohrožení trhacími pracemi rozletem. I když při přibližně vertikálních vrtech je nebezpečí rozletu z titulu nedostatečné ucpávky nižší než v případě kolmého směru na volnou plochu stěny (primárně se jedná o známé nesrovnatelně menší tlakové působení detonace nálože, které je dáno velikostí a orientací ploch omezujících nálož), přesto při použití nevhodného materiálu nebo geometricky nedostatečné ucpávky může nadměrný rozlet ohrožovat okolí prováděného odstřelu do značné vzdálenosti, stejně jako detonace neutěsněné nálože. Obecně se diskutuje zejména o geometrickém tvaru ucpávky (především o její délce) ve vztahu k ostatním parametrům odstřelu, zejména k velikosti záběru. Zde se obvykle doporučuje použít 0,8 – 1,2 násobku délky záběru i když mnohdy větší vliv na riziko z rozletu má průměr vrtů a jejich vzájemná vzdálenost (rozteč). I tyto parametry jsou však do značné míry funkcí velikosti záběru (respektive obráceně, protože velikost záběru bývá odvozována od průměru vrtu jako jeho čtyřicetinásobek). V posledních létech se ve stále větší míře klade důraz i na materiál, který tvoří ucpávku, respektive jeho zrnitostní složení. Dlouhodobě a běžně je používána k ucpávání vrtná drť vznikající při vrtání, která většinou obsahuje velký podíl prachových částic.
79
Zatím co v případě použití suché a sypké vrtné drtě při ucpávání suchých vrtů (tj. z vrtů, kdy nad ucpávanou trhavinou se nenalézá volná hladina vody) výše uvedené parametry délky ucpávky celkem spolehlivě udrží tlak povýbuchových zplodin a plynů, v případě ztráty sypkosti drti z titulu zvlhnutí či zmrznutí nebo jejího sypání do volné vody vytlačené náloží do ucpávkové zóny (nebo dokonce při spolupůsobení obou těchto negativních faktorů), ucpávka jinak vyhovující délky, se stává nedostatečnou a v uvedeném případě dochází i k masivnímu rozletu rozpojené horniny.
Při experimentálních odstřelech prováděných na Velkolomu Čertovy schody i na Horních Tašovicích byly vrty ucpávány pro porovnatelnost pouze vrtnou drtí, a to ve standardních délkách 3 – 4 m, tj. při respektování výše uvedeného vztahu k velikosti záběru, respektive rozteči mezi sousedními vrty. S výjimkou jediného odstřelu, při kterém byly vrty ucpány mokrou vrtnou drtí a mnohé z vrtů byly po nabití náloží vyplněny vodou až téměř k svému ústí, při všech zbývajících odstřelech nebylo zaznamenáno výraznější vyfouknutí ucpávky z vrtu nebo dokonce vymrštění kusů rozpojované horniny. Při 8. odstřelu uskutečněném dne 21.11.2007 na čedičovém lomu v Horních Tašovicích bylo nutné z důvodů dlouhodobějších a intenzivních srážek přistoupit k adjustaci vrtů vodovzdornou trhavinou, která vytlačila vodu do ucpávkové zóny. Vzhledem k příznivým podmínkám (důkladné vyklizení lomu od techniky, která by mohla být ohrožena rozletem) a k zvětšení bezpečnostních opatření (zejména bezpečnostního okruhu - důsledek experimentu se snížením záběru v části vrtného pole) bylo rozhodnuto porušit standardní postup a ucpat vrty promáčenou vrtnou drtí, která byla k dispozici po vrtných pracích na místě odstřelu. V důsledku toho došlo u značné části takto ucpaných vrtů k vymetení ucpávky a k vyvržení relativně značného objemu rozpojované horniny do výšky několika desítek metrů a jejich rozhozu v rámci standardního bezpečnostního okruhu. Tímto byl velice přesvědčivě demonstrován vliv nevhodně zvolené ucpávky na riziko zvětšeného rozletu. Na následujících snímcích ze všech devíti experimentálních odstřelů je velice dobře dokumentován normální průběh odstřelu buď bez jakéhokoliv vyfouknutí ucpávky, ojedinělé vyfouknutí bez rozletu rozpojované horniny dokumentující mj. optimální volbu délky ucpávky „bez zbytečných rezerv“, která zaručuje při daném ucpávkovém materiálu minimální mocnost ucpávkové zóny. Snímky jsou vyjmuty z videozáznamů (tj. důvod jejich nižší kvality) a i přes to, že prezentují pouze jeden okamžik z celého děje pohybu rozrušených hmot po detonaci náloží, dokumentují popsané. Pro lepší orientaci jsou v obrázcích vyfouknuté ucpávky zvýrazněny zelenými
80
šipkami. Daleko výstižnější dokumentaci výskytu vymetení a dynamiku celého odstřelu vystihují přiložené videozáznamy a to zejména ty, které bylo možno pořídit z nadhledu a „zezadu“ (jsou připojeny k Závěrečné zprávě Etapy 3.4).
26.6.2006
13.7.2006
Obr. č. 24 – Odstřel č. 1 - VČS
Obr. č. 25 – Odstřel č. 2 - VČS
3.8.2006
20.7.2006
Obr. č. 27 – Odstřel č. 4 – lom Horní Tašovice
Obr. č. 26 – Odstřel č. 3 – lom Horní Tašovice
81
Obr. č. 29 – Odstřel č. 6 - VČS
Obr. č. 28 – Odstřel č. 5 - VČS
Obr. č. 30 – Odstřel č. 7 - VČS
Obr. č. 31 – Odstřel č. 9 - VČS
21.11.2006
Obr. č. 33 – Odstřel č. 8 – lom Horní Tašovice
Obr. č. 32 – Odstřel č. 8 – lom Horní Tašovice
Problematice bezpečnosti trhacích prací i efektivnosti rozpojení v ucpávkové zóně, respektive v místech, kde je používána meziucpávka je v zahraničí věnována větší pozornost a
82
byly zde vyvinuty různé systémy, které umožňují dosáhnout lepších výsledků při rozpojování a to s menší spotřebou trhavin a s vyšší bezpečností. Jedná se zejména o systém použití tzv. plynových vaků, které jsou vkládány do ucpávky či meziucpávky, různé distanční přípravky, které bývají v zahraničí používány a pod. V průběhu experimentálních odstřelů byl sledován často uváděný pozitivní vliv sblížení akustických impedancí hornin a rázových impedancí trhavin na výsledek odstřelů.
Změřené a dopočítané hodnoty akustických impedancí hornin, ve kterých byly provedeny experimentální odstřely a rázových impedancí použitých trhavin, uvádí následující tabulka.
Hornina
Iráz trhaviny (kg m-2 s-1 . 106)
Iak horniny -2
-1
6
(kg m s . 10 )
DAP VTP 1
TITAN 7000
Slurrit 50
Vápenec
9.82
2.69
5.41
6.35
Čedič
17.56
2.69
5.41
6.35
Tabulka č. 15 - Přehled (srovnání) charakteristických akustických impedancí rozpojovaných hornin a použitých trhavin
Za účelem sledování vlivu sblížení akustické impedance horniny a rázové impedance trhaviny na proces rozpojování hornin byly jako základ pozorování provedeny základní odstřely poř. č. 1 a č. 2 ve VČS (vápence) a poř. č. 3 a č. 4 v lomu Horní Tašovice (čedič) a to při dodržení standardních parametrů odstřelu, avšak za použití dvou různých trhavin s výrazně odlišnou rázovou impedancí [kg . cm-2 . s-1].
Při všech uvedených experimentálních odstřelech byla provedena pečlivá zaměření stavu lomových stěn před odstřelem, směru, sklonu a hloubky vrtů a jejich geometrického rozmístění (záběry, rozteče). Použité trhaviny (sypký DAP-VTP 1 a čerpatelné Titan 7000 a
Slurrit 50)
bezprostředně doléhaly na stěny vrtů a tak byla zcela eliminována možnost vzniku akusticko-
83
impedančního rozhraní trhavina-vzduch-hornina, která by mohla ovlivnit (snížit) dynamický rázový tlakový účinek detonující trhaviny na obklopující horninu.
Při všech uvedených odstřelech byla použita konstantní ucpávka – vrtná drť vápencová ve VČS a čedičová v lomu Horní Tašovice.
Při experimentálních odstřelech byly poměrné vztahy akustických impedancí (x 106) následující:
Vápence
Čediče
Iak v (9,82) : Iráz D (2,69) = 1 : 3,65
(odstřel p. č. 1)
Iak v (9,82) : Iráz T (5,41) = 1 : 1,82
(odstřel p. č. 2)
Iak č (17,56) : Iráz D (2,69) = 1 : 6,52
(odstřel p. č. 3)
Iak č (17,56) : IrázS (6,35)
(odstřel p. č. 4)
= 1 : 2,76
Poznámka: u indexů znamená: v – vápence, č – čedič, D – DAP, T – Titan, S – Slurrit
Vyhodnocením pořízené video a fotodokumentace a na základě vizuálního pozorování nebyly zaregistrovány jevy a výsledky, které by prokázaly zřetelný projev vlivu rozdílných hodnot poměrů akustických a rázových impedancí na průběh odstřelu a jeho výsledek.
Pokud jde o výběr zařízení vhodných pro měření směru, sklonu a hloubky vrtů pro trhací práce velkého rozsahu je zřejmé, že na trhu je dostatek moderních vrtných souprav, které eliminují vznik odchylek od projektovaných parametrů vrtů pro nálože trhavin a registrují i důležité anomálie horninového masivu (např. krasové dutiny a pravděpodobně i výrazné tektonické poruchy) v průběhu vrtání. Při tom dodržení projektovaného směru, sklonu a délek vrtů ve spojení s odkrytím výrazných poruch v rozpojovaném horninovém bloku je základním předpokladem pro eliminaci nebezpečných jevů při trhací práci velkého rozsahu (clonových odstřelů), zejména výskytu nepřípustného rozletu.
84
Z poznatků, získaných řešením Etapy 3.4 lze uvést zejména:
1.
Jedním ze základních předpokladů dosažení bezpečného průběhu odstřelů je dodržení právním předpisem stanoveného požadavku, totiž že „vývrty (a rozumí se i všechny přípravné a související práce s jejich provedením) se musí založit tak, aby trhavina mohla vykonat očekávanou (rozumí se projektovanou) práci“ (§ 46 odst. 3 vyhlášky č. 72/1988 Sb. o výbušninách). Byl zjištěn značný rozdíl mezi běžnou praxí při provádění vrtných prací pro umístění náloží trhavin a technickými možnostmi (strojním vybavením), kterými lze spolehlivě zajistit splnění výše uvedeného, obecně formulovaného právního předpisu. Vytvořením předpokladů (např. právní cestou) pro jeho přesné dodržování lze snížit možnost vzniku „neočekávaných“ výsledků trhací práce velkého rozsahu, zejména nepřípustného rozletu rozpojované horniny.
2.
Experimentálními modifikovanými odstřely, při kterých byly zjištěny a sledovány hodnoty výbušinářských charakteristik použitých hornin s měřením jejich detonační rychlosti při odstřelech, parametry mechanicko-fyzikálních vlastností hornin, ve kterých se odstřely prováděly a sledováním velikosti odhozu (rozletu) rozpojované horniny při odstřelech, nebyl zjištěn pozorovatelný vliv spolupůsobení sblížených rázových impedancí použitých trhavin a akustických impedancí hornin, ve kterých se odstřely prováděly, na sledované výsledky odstřelů. Kategorické tvrzení o tomto prakticky doložitelném poznatku by si vyžádalo provedení mnohem většího množství experimentálních odstřelů, než bylo v řešeném úkolu možné. Přesto jsou řešitelé názoru, že tvrzený teoretický předpoklad výrazně pozitivního vlivu spolupůsobení co možná nejvyššího sblížení akustické impedance horniny, ve které se trhací práce provádí, s rázovou impedancí použité trhaviny, se na výsledcích odstřelů jednoznačně neprokázal.
3.
Vypracované generální nebo i dílčí projekty trhacích prací velkého rozsahu (clonových odstřelů), ani navazující správní rozhodnutí o jejich povolení neobsahují obvykle přípustné tolerance odchylek směru, sklonu a délek vrtů pro trhací práce od projektovaného provedení. Rigorózní požadavek provedení vrtů bez odchylek nelze v praxi dodržet.
85
Odstřel č. 8 v lomu Horní Tašovice prokázal, že nikoli za všech okolností (v daném
4.
případě zvodnělý vrt v prostoru ucpávky a použití deštěm promáčené vrtné drti), lze použití vrtné drti jako ucpávky táhlých náloží clonových odstřelů považovat za přesně právním předpisům odpovídající řešení.
3.4.5 Etapa 3.5 –Zahájení tvorby software pro trhací práce velkého rozsahu
Jeden z řešitelů měl začátkem 90. let možnost seznámit se softwarovým programem u firmy Black Hill Minerals Ltd., Brisbane, Austrálie. V tomto programu bylo postačující pro vypracování odstřelu pomocí táhlých náloží zadat místo odstřelu a požadovaný výnos rozpojovaného materiálu (t nebo m3) a všechny parametry odstřelu a jeho vedlejší účinky (seismika) byly na podkladě uvedeného jednoduchého zadání určeny. Teprve při prohlídce lomu vyšlo najevo, že těžební etáže jsou cca 2 – 3 km dlouhé a směrný postup těžby, že je předpokládán cca 5 km. Takové podmínky se v ČR nevyskytovaly a nevyskytují a proto je obdobné řešení v našich podmínkách těžko uskutečnitelné. Vesměs složitější geologické a těžební podmínky v ČR pak vyžadují výrazně vyšší podíl skutečné tvůrčí práce technického vedoucího odstřelu (TVO) projektujícího a provádějícího odstřel a velký podíl nutných vstupů do výše uvedeného vysoce sofistikovaného SW by zdržoval a mimo to by zvyšoval riziko vzniku chyb vznikajících přílišným spoléháním na „chytrost a neomylnost“ použitého programu. Řešitelé úkolu došli k závěru, že: -
hlavním úkolem projekční činnosti pro trhací práce velkého rozsahu je z pohledu její efektivnosti
a
bezpečnosti
především
zajistit
optimální
distribuci
trhaviny
v rozpojovaném masivu odpovídající daným geologickým podmínkách a požadavkům na množství a stupeň rozvolnění horniny -
existující SW prostředky přistupují k dané problematice v zásadě dvojím způsobem. Jeden, méně u nás používaný, způsob zpracovává geodeticky zaměřená data již navrtaného vrtného pole a na ně zpracovává nabíjecí plán (tj. dimenzuje velikost a konstrukci náloží, mezi ucpávek a ucpávek vrtů). Druhý, běžnější, postup vychází z klasických postupů „precomputerové éry“, který do známé a zaměřené lomové stěny
86
podle dispozic objednatele trhacích prací (TP) generuje vrtné schéma a následně řeší dimenzování a konstrukci náloží -
míra sofistikovanosti používaných výpočetních a projektových prostředků je různá, vychází z historie zavádění výpočetní techniky v konkrétní firmě a její volbu a užívání ovlivňuje počítačová gramotnost a zvyky toho kterého technického vedoucího odstřelu (TVO) a projektanta a její pořízení a používání do značné míry determinují i ceny těchto prostředků
-
ve značné míře v ČR převládají jednodušší prostředky, často i „vlastní produkce“, vycházející z řešení jednotlivých operací pomocí aplikací obecně používaných tabulkových procesorů (např. známý Excel). Pro grafické dokumenty jsou používány různé editační prostředky, v poslední době se v rostoucí míře uplatňují specializované profesionální prostředky navazující na geodetické programy pracující s digitálním modelováním a zobrazováním terénu (viz český Atlas a jeho modul Odstřel), nebo firemní SW výrobců vrtných souprav či producentů průmyslových výbušnin (viz SW firem Atlas Copco a Austin). Ze zahraničí jsou známy i komplexní prostředky vysokého komfortu, které dle dostupných informací do značné míry integrují velkou část operací a výpočetních postupů projektanta do jednoho programového prostředku. Ze zkušeností získaných z mimořádných událostí (zejména nežádoucího rozletu kusů
odstřelem rozvolněné horniny za hranice bezpečnostního okruhu) vyplývá, že část těchto nežádoucích dějů byla způsobena vyšším nahromaděním energie obsažené v trhavině v místech, kde odpor kladený
horninou byl menší než jak bylo při přípravě trhacích prací
uvažováno. Základním předpokladem eliminace těchto mimořádných událostí je bezchybná technická a řídící práce a dobrá kontrola. Možností jak zajistit u projekčních prací rychlost, přesnost a spolehlivost je využití výpočetní techniky vybavené vhodnými programovými prostředky. Velkou část činností spojených se zpracováním projektové dokumentace trhacích prací lze zefektivnit a zrychlit využitím výpočetní techniky, konkrétně osobních počítačů vybavených vhodnými programovými prostředky. Tak lze docílit při dostatečné zručnosti TVO nejen výrazného zvýšení rychlosti (produktivity) jeho duševní práce, ale také její zpřesnění a „zpřehlednění“ tvorbou přehledných tiskových sestav včetně grafických výstupů. Za velký přínos použití PC lze považovat i snížení rizika vzniku omylů a chyb ve výpočtech i 87
grafické editaci oproti rutinní „ruční“ práci. V následujícím textu jsou definovány požadavky na použité programové prostředky, respektive možnosti, na které práce lze s výhodou PC použít:
-
výpočet velikosti náloží či měrné spotřeby trhavin potřebných pro rozpojení příslušného bloku konkrétní horniny v daných úložních a geologických poměrech
-
zpracování naměřených hodnot geodetického zaměření lomové stěny a jejího okolí
-
vytvoření (vygenerování) vrtného pole v dané partii lomu nebo dolu, respektující parametry náloží předem určených (vypočítaných) a dané prostorové zadání
-
ověření bezpečných vzdáleností vrtů (náloží) navzájem a od volné plochy
-
vytvoření přehledných a srozumitelných tiskových výstupů jako součást dokumentace TP i jako prováděcí předpis pro pracovníky realizující odstřel (např. vrtný deník s určením parametrů jednotlivých vrtů, nabíjecí plán jako podklad pro objednávku množství výbušnin potřebných k realizaci odstřelu)
-
případné vygenerování datového souboru pro numericky řízenou (NC) vrtnou soupravu
-
vytvoření podkladů pro ověření správnosti provedení vrtných prací (např. vytyčovací plán pro „konečnou záměru“)
-
zpracování dat z „konečné záměry“ a jejich srovnání se stavem projektovaným
-
zpracování korekcí parametrů odstřelu na základě dat z „konečné záměry“
Pro hodnocení jednotlivých známých SW byla zvolena 3 základní kriteria: -
míra naplnění výše uvedených požadavků kladených na SW
-
jejich použitelnost, vypovídací schopnost a uživatelská „přívětivost“
-
univerzálnost pro všechny možné geologické a těžební situace
V dosavadní realizaci úkolu byl důkladně prověřován programový systém „Atlas“, používaný rutinně od r. 2002 firmou SD – Vrtné a trhací práce, a.s. a SW „Face 3D“ a „MDL Loger / Pocket BurdenAce“ ve spojitosti s prováděním
inklinometrických měření
prováděných na 2 odstřelech na VČS firmou Austin Powder Service CZ s.r.o. Filozofie českého produktu „Odstřel“, který tvoří specializovanou nadstavbu 3D digitálního modelu terénu „Atlas DMT“ vytvořený firmou Atlas, s.r.o. vychází z počítačového 88
editování (CAD) metodou grafického zobrazování aritmetických výpočtů prostorové analytické geometrie, tj. řeší terén idealizovaný do trojúhelníkových ploch základní prostorové sítě a operuje s úsečkami jako idealizovanými vrty. Prostorově pak řeší jejich vzájemné průniky a styky. Grafická editace odstřelu je usnadněná různými typy zadání parametrů. Hlavní bezpečnostní funkcí programu je možnost trvalého nebo zvoleného zapnutí kontroly vzájemné polohy vrtů vůči sobě navzájem a vůči volné stěně, které je realizováno v prostorové analytické geometrii jako vzájemný případný průnik válcové plochy o zvoleném průměru (tj. kritické vzdálenosti) jehož podélnou osou je úsečka charakterizující vrt se sousedními vrty (úsečkami), případně s rovinami představujícími plochy lomové stěny a horního plata.
Vstupem do programu Atlas jsou prostorové souřadnice bodů ležících na terénu, případně bodů ležících na horní a spodní hraně lomové stěny, které byly předem získány vhodnou měřičskou metodou (polární tachymetrií, případně pozemní či leteckou fotogrammetrií). Mimo grafický tiskový výstup, tj. zejména půdorysná situace a příčné profily vedené zvolenými řezy, program umožňuje digitální grafické výstupy ve tvaru JPG a DXF a digitální textová data zájmových objektů. Zejména se jedná o parametry vrtů tj. jejich délka směr a úklon. Tato výstupní data – Protokoly - v textovém tvaru pak lze dále zpracovávat v účelových aplikacích (zejména v tabulkovém procesoru Excel) a provádět následné výpočty a součásti dokumentace TP. Velice jednoduše se pak zpracovává zadání pro vrtání vrtné schéma a vrtný deník, výpočet předpokládané potřeby trhavin (nabíjecí plán), kubatura rozpojeného materiálu a pod. Program obsahuje i množství dalších aplikací, které podporují práci s datovými soubory (konverzi různých formátů dat, import a export souborů) a dále některé nadstavbové aplikace pro geodetická měření jako je modul pro výpočet kubatur zásob nebo skládek. Pro vlastní vytváření projektu odstřelu je program vybaven řadou dílčích funkcí, které práci urychlují a zefektivňují. Zde je ovšem na místě podotknout, že v některých případech tato „automatizace“ způsobuje menší univerzálnost daných funkcí. V prvé fázi se model lomové stěny vytváří ve formě půdorysného zobrazení. Umístění první řady vrtů je definováno přímkou zadanou pomocí dvou bodů, které byly zaměřeny
89
přímo in situ. Skutečné umístění vrtů se pak děje interaktivně zadáním všech příslušných parametrů vrtů (azimut, sklon, délka, umístění ústí vrtu ve vztahu k situování značek 1. řady). V tomto režimu je samozřejmě možno v grafickém zobrazení editovat nové prvky (body, úsečky, popisné texty).
Obr. 17 – Situace lomové stěny se znázorněním 1. řady vrtů (u vrtu č. 2 je modelově znázorněn jeho skutečný průběh změřený inklinometrem Boretrak)
Oproti jiným srovnatelným programům je program Face 3D vybaven nástrojem, pomocí něhož lze určit hodnotu záběru nejen v rovině řezu, ale také v oblasti lomové stěny bezprostředně přilehlé k proniku roviny řezu a lomové stěny. Tím je eliminována možnost vzniku nadměrného rozletu při odstřelu v případech, kdy lomová stěna je lokálně značně členitá a porušená.
90
Po ukončení procesu optimalizace situování jednotlivých vrtů jak vůči lomové stěně tak vůči sobě navzájem se automaticky generují parametry a situování jednotlivých vrtů.
Obr. 18 – Řez vrtem č. 1 se znázorněním všech relevantních údajů včetně prostoru pro konstrukci nálože
91
V programu Face 3 D lze vytvořit 3D model lomové stěny se znázorněním průběhu vrtů v 1. řadě a průběhu minimálního záběru na lomové stěně. Program samozřejmě umožňuje libovolně měnit úhel pohledu na stěnu.
Obr. 19 – 3D model lomové stěny se znázorněním vývrtů v 1. řadě a průběhu minimálního záběru na stěně
92
Rovněž lze editovat druhou a další řady odstřelu. Tento proces je do značné míry automatizován. V podstatě je nutné zadat pouze linii poslední řady a program autonomně navrhne rozmístění zbylých vrtů. Alternativně je však možno upravit situování jednotlivých vrtů pomocí zadání vhodných parametrů. Program umožňuje implicitně vytvářet pouze čtvercové sítě.
Obr. 20 – Situace víceřadého odstřelu
V současné době vyvíjí český výrobce rozbušek, firma Austin Detonator s.r.o., respektive firma Austin Powder Service CZ s.r.o. nový program pod názvem „Editor“, který je už koncipován na bázi operačního systému Windows XP, což mj. umožní použít lepší grafické ztvárnění roznětné sítě. Pro ilustraci je na následujících obrázcích ukázka obrazovky monitoru a výstupní sestava generovaná tímto programem.
93
Obr. 33 – Ukázka obrazovky při editaci roznětné sítě CO č. 6258/06 – 5/314 na VČS
O br. 34 – Ukázka výstupní sestavy roznětné sítě CO č. 6258/06-5/314 na VČ S
94
Program obsahuje nástroje, které kontrolují úplnost a korektnost zapojení. Tiskovým výstupem je jednak vlastní časové schéma s výpisem potřebných rozbušek a dále tabulka časového zpoždění jednotlivých vrtů.
Hlavní předností tohoto programu je eliminace možnosti vzniku chyb ve výpočtu časových posloupností zpoždění jednotlivých vývrtů, ke kterým může dojít při manuálním sestavování časových schémat a které by mohly mít za následek vznik bezpečnostních rizik při vlastní realizaci odstřelu (např. bude-li časová prodleva roznětu mezi sousedními vývrty větší než daná kritická hodnota). Pomocí výstupů z tohoto programu lze také snadno zkontrolovat dodržení mezní velikosti náloží v jednom časovém stupni (intervalu) v rámci omezení z hlediska negativních seizmických účinků.
Za významné lze považovat mj. zjištění, jakými směry by se na našem území měla do budoucna ubírat výpočetní technika, určená pro přípravu (projektování) a provádění trhacích prací velkého rozsahu. Pestré geologické podmínky, jimiž je naše území charakteristické spolu s vysokým stupněm osídlenosti a rozvinuté infrastruktury vedou k tomu, že převážná část ložisek nerostů, dobývaných za použití trhacích prací velkého rozsahu, vyžaduje téměř vždy individuální řešení systému trhacích prací i jednotlivých odstřelů na tom kterém ložisku, a to i v případech, kdy se jedná o dobývání shodného druhu nerostu, např. vápence nebo granitu apod. Tato skutečnost vedla řešitele k názoru, že optimálním přístupem k řešení zadaného úkolu je vytvořit předpoklady ke vzniku takového výpočetního modelu, který nebude automaticky přebírat zadávací parametry pro projekt trhacích prací velkého rozsahu do paušálních podmínek; paušální podmínky se – s výjimkou relativně řídkých případů při přípravě a provádění clonových odstřelů – v praxi téměř nevyskytují. Autoři proto předpokládají využívání duševního potenciálu a znalostí erudovaných technických vedoucích odstřelů v místních konkrétních podmínkách toho kterého těžebního místa a jeho blízkého okolí. Výpočetní technika by za těchto okolností měla usnadnit a zrychlit jednotlivé fáze terénních přípravných i projektových prací (včetně grafických výstupů) pro situování, uspořádání, výpočet a rozmístění dílčích i celkové nálože do rozpojovaného masivu horniny, kontrolovat správnost navrhovaných postupů a snížit popř. zcela eliminovat vznik kritických
95
omylů a chyb (odhalit nedostatky např. zmenšení záběru, předimenzování náloží při jejich sblížení, projektování tzv. koutových odstřelů apod.).
Závěrečná zpráva Etapy 3.5 obsahuje přílohy, které jsou její nedílnou součástí. Jedná se zejména o zpracované demoverze řešených programů, které mohou být použity při výuce a školeních střelmistrů a technických vedoucích odstřelů a o návrh algoritmu pro výpočet odporové přímky v závislosti na hmotnosti centrické nálože trhaviny a na dalších okolnostech. Algoritmus vychází ze známého tzv. Jurajdova semiempirického výpočetního vztahu, který je v tuzemsku dobře znám, a který lze s trochou odborných zkušeností nebo po početní úpravě aplikovat i pro výpočet táhlých válcových náloží.
3.5
Etapa 4 – Vypracování souboru opatření k eliminaci rizik při trhacích velkého rozsahu při hornické činnosti Etapa 5 – Výstup řešení Etapa 6 – Návrh na realizaci projektu Závěrečné etapy E 4, E 5 a E 6 Projektu 37-05 mají za cíl poznatky, získané v průběhu
řešení zevšeobecnit a převést je při přípravě a provádění trhacích prací velkého rozsahu (zejména clonových odstřelů) při hornické činnosti do praxe. Současně je jejich cílem informovat o nových poznatcích odbornou veřejnost a připravit podklady pro případné doplnění nebo úpravu právních předpisů, které závazně regulují používání výbušnin pro přípravu a provádění trhacích prací velkého rozsahu. Protože závěrečné etapy spolu úzce souvisejí a jsou navzájem provázány, bylo účelné je zařadit do společné kapitoly.
Vypracování „Metodického návodu a souboru opatření k eliminaci rizik při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti“ (dále též „Soubor opatření“), zejména pokud jde o ochranu nemovitostí a práv a právem chráněných zájmů právnických a fyzických osob a pracovníků, vychází především z podkladů získaných analýzou případů mimořádných událostí při trhacích prací, prošetřených orgány státní báňské správy, z teoretického rozboru vnějších a vnitřních vlivů na nepravidelnosti při přípravě a
96
provádění trhacích prací, jakož i z výsledků experimentálních a laboratorních pokusů a jejich
vyhodnocení
a
obsahuje
návrh
technických,
technicko-organizačních
a
materiálových opatření.
Ze získaných poznatků lze jako základ pro vypracování „Souboru opatření“ uvést tyto základní téze:
1. Všechny in situ provedené experimenty, matematické modelování i experimenty na betonových modelech v podstatě prokazují, že největší vliv na vznik ohrožení má „skoková“ změna fyzikálně mechanických vlastností (odporu proti rozpojení) způsobená objektivními geologickými a úložními podmínkami rozpojovaného masivu, jeho vrstevnatost, existence predisponovaných ploch odlučností a tektonika.
2. Uvedené praktické poznatky a pozorování
korelují s teoriemi v minulosti
zpracovanými řadou autorů. Zejména se jedná o nesoulad mezi útlumem schopnosti konat práci v závislosti na rostoucí vzdálenosti od detonující nálože, která je dále funkcí míry rezistence rozpojované horniny. Existuje totiž diametrální rozdíl v korelaci „rychlosti ubývání“ energie či pracovní schopnosti směrem od nálože, která výrazně klesá v závislosti na
vzdálenosti od nálože a v podstatě lineárního růstu sumárního odporu kladeného
rozpojovanou horninou (v případě homogenního prostředí) a různě proměnlivým odporem proti rozpojení kladeným reálnou horninou. Projevy odstřelu (žádoucí i nežádoucí) jsou pak výsledkem dynamicky se vyvíjejících rovnovážných stavů existujících v soustavě výbušnina – rozpojovaná hornina, kde mimo základní faktory jako jsou pevnostní charakteristiky (obecně fyzikálně mechanické vlastnosti) horniny a účinnost trhaviny hrají významnou roli subjektivně ovlivněné faktory jako je volba geometrie odstřelu (zejména velikost záběru) i objektivní a osobou připravující a provádějící odstřel ne vždy poznatelným a předvídatelným „vlivem geologie“ jako jsou změny vlastností horniny, tektonika, mikrotektonika a pod.
3. Ze statistiky získané rešerší mimořádných událostí provedené
v rámci Etapy 2 a
Etapy 2.1 je zřejmé, že z důvodu ne zcela poznaných nebo nedobře zvládnutých způsobů ovlivnění průběhu a výsledku trhacích prací lze přisoudit
zejména objektivnímu vlivu
„geologie“ – viz následující graf vyhodnocení 29 mimořádných událostí.
97
Podíly typů příčin na vzniku mimořádných událostí při trhacích pracích
3%
34%
63%
Objektivní - vliv geologie
Subjektivní - chyba střelmistra
Chybná funkce výbušniny
4. Za reprezentanta nejzávažnějšího ohrožení okolí trhacími pracemi velkého rozsahu byly pro praktické experimenty zvoleny clonové odstřely. Jednak pro jejich velký podíl na zaregistrovaných mimořádných událostech přezkoumávaných na počátku řešení úkolu (viz následující graf), ale také pro to, že tím, že jsou vázány na jedno místo v krajině mnohdy po velice dlouhou dobu exploatace ložisek nerostů a tím nezřídka po celá desetiletí obtěžují a ohrožují své okolí nežádoucími účinky trhacích prací.
98
Podíly typů trhacích prací na mimořádných událostech
3%
3%
10%
14%
70%
Clonové odstřely
5.
Desrtukce
Plošné odstřely (MR)
Komorový odstřel
Kamenická výroba
„Soubor opatření“ k eliminaci rizik při trhacích pracích velkého rozsahu při
hornické činnosti bere ohled na velice často existující souběh více rizikových faktorů a jejich podíl na vzniku mimořádných událostí. A to zejména proto , že závažné mimořádné události často nebývají výsledkem pouze jednoho fatálního selhání či chyby, ale vznikají spolupůsobením několika faktorů, které samy o sobě by nemusely přivodit závažné vybočení z normálu, nebo dokonce vznik ohrožení či škod. I proto je v „Souboru opatření“ věnována komplexní pozornost všem rizikům, které se mohou na vzniku případné mimořádné události podílet.
Shrnutí podkladů, na základě kterých byl vypracován „Soubor opatření“ je obsažen zejména v kap. 3 Závěrečné zprávy Etapy 4.
Na vypracovaný „Soubor opatření“ logicky navazuje „Vzorový prováděcí technický projekt clonového odstřelu“, který však může být praktickým vodítkem i při odstřelech jiného druhu (např. plošných). Zejména závěrečná zpráva Etapy 5 „Výstup řešení“ shrnuje teoretické a praktické poznatky, získané v rámci řešení Projektu ČBÚ č. 37-05 (dále též Projekt) a promítá je do konkrétního návrhu změn či doplnění současně platných právních předpisů, které upravují 99
projektování, přípravu a provádění trhacích prací velkého rozsahu při hornické činnosti, zvláště clonových odstřelů při povrchovém dobývání nerostů, s cílem v maximální míře omezit možnost vzniku mimořádných událostí při jejich provádění. Obsah uvedeného návrhu změn právního předpisu je technicky odůvodněným podkladem pro předpokládaný následující legislativní proces, který se však vymyká z rámce řešení tohoto projektu.
Etapa 6 přináší návrh na realizaci Projektu, obsahuje formy a způsoby seznámení odborné veřejnosti a příslušných pracovníků, zabývajících se projektováním, přípravou a prováděním trhacích prací velkého rozsahu s poznatky, získanými řešením Projektu č. 37-05 a se závěry z toho plynoucími, včetně doporučení pro přijetí konkrétních opatření k omezení rizika vzniku mimořádných událostí při realizaci trhacích prací velkého rozsahu. V průběhu řešení uvedených závěrečných etap byl vypracován návrh „Zásady metodiky povolovacího řízení trhacích prací velkého rozsahu při hornické činnosti“, určený pro postup obvodních báňských úřadů. Návrh čerpá z poznatků, získaných řešením Projektu č. 37-05, které mají za cíl omezit vznik mimořádných událostí při trhacích pracích. Návazně byl vypracován i návrh „Zásady metodiky postupu při řešení stížností na trhací práce“ určený rovněž pro postup obvodních báňských úřadů.
Návrh vychází z obsahu Etapy 2.1 a Etapy 4 a jeho smyslem je reagovat na zrušení vyhlášky č. 150/1958 Ú.l., která platila do 31.12.2004, a podle které po celou dobu její platnosti správní orgány postupovaly. Návrh „Zásady metodiky postupu při řešení stížností na trhací práce“ se zabývá též souvztažností § 175 zákona o správním řízení a § 36 a souvisejících ustanovení Horního zákona (důlní škody).
„Soubor opatření“ a „Vzorový prováděcí technický projekt clonového odstřelu“ jsou připojeny jako přílohy č. 1 a č. 2 této zprávy.
100
4. Z Á V Ě R Řešení Projektu ČBÚ č. 37-05 se ukázalo jako účelné, zvláště proto, že odkrylo hlavní příčiny způsobující vznik situací, které ohrožují životy a zdraví osob a majetek a současně přináší – v řadě případů na základě nově získaných poznatků – konkrétní opatření, jejichž realizace vzniku rizikových situací může zabránit. Dá se tedy říci,k že zadání Projektu č. 3705 bylo průběhem a výsledky jeho řešení naplněno.
101
