Zastosowanie elektronicznych systemów inicjacji ładunków MW w profilaktyce tąpaniowej w warunkach kopalń LGOM

71 CUPRUM nr 4 (69) 2013, s. 71-81 Witold Pytel 1), Piotr Mertuszka 1), Bogusław Cenian 2) Zastosowanie elektronicznych systemów inicjacji ładunków MW w profilaktyce tąpaniowej w warunkach kopalń LGOM Streszczenie W artykule przedstawiono zastosowanie zapalników elektronicznych w systemach inicjacji ładunków MW wykorzystywanych w profilaktyce tąpaniowej. W pierwszej części pracy zaprezentowane zostały dostępne obecnie na rynku systemy inicjacji elektronicznej, które mogą być zastosowane w podziemnych zakładach górniczych. W dalszej części dokonano przeglądu literatury dotyczącego modelowania postrzałowej fali sejsmicznej oraz inicjacji ładunku MW. Słowa kluczowe: technika strzałowa, zagrożenia geomechaniczne w kopalniach podziemnych The use of electronic initiation systems of explosives in rockburst prevention in LGOM s mines conditions Abstract The paper describes the use of electronic initiation systems of explosives in rockburst prevention. The first part presents electronic initiation systems which are currently available on the market and may be used in underground mines. In the following text, a review of the literature on modeling of blasting wave propagation and initiation of explosives have been analyzed. Key words: blasting technique, geomechanical hazards in underground mines Wstęp W sytuacji gdy eksploatacja złóż rud miedzi w kopalniach LGOM prowadzona jest na coraz większych głębokościach i w coraz trudniejszych warunkach geologiczno-górniczych, należy liczyć się ze wzrostem zagrożenia geomechanicznego, w szczególności związanego ze skłonnością górotworu do wyrzutów skał i mającego swoje podstawowe źródło w większych wartościach składowych tensora naprężeń pierwotnych, ale i mniejszej odkształcalności i większej wytrzymałości skał otaczających głębokie złoże. Dlatego też jednym z kluczowych zadań dla zachowania bezpiecznej i efektywnej eksploatacji złoża jest doskonalenie dostępnych i wdrażanie nowych metod zwalczania zagrożenia tąpaniami. 1) KGHM CUPRUM sp. z o.o. CBR, ul. gen. Wł. Sikorskiego 2-8, 53-659 Wrocław 2) KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Polkowice-Sieroszowice, Kaźmierzów 100, 59-101 Polkowice

72 Witold Pytel, Piotr Mertuszka, Bogusław Cenian Eksploatacja złoża w polskich kopalniach rud miedzi prowadzona jest głównie przy użyciu techniki strzałowej. Prace te wymagają wysokiej precyzji, zarówno z punktu widzenia bezpieczeństwa prowadzonych prac i zachowania wymagań w zakresie stateczności wyrobisk podziemnych, jak i z punktu widzenia technologicznego. Drążone wyrobiska, w celu zapewnienia ich odpowiedniej stateczności muszą mieć wymiary zgodne z projektem eksploatacji. Ponadto odstrzelona skała powinna być odpowiednio rozdrobniona, a stan stropu, ociosów i spągu powinien pozwolić na jej swobodne wybieranie. W ostatnich latach dokonano pierwszych kroków implementacji systemów mechanicznego urabiania w kopalniach Lubin oraz Polkowice-Sieroszowice. W pierwszym przypadku do mechanicznego urabiania złoża zastosowano kombajn chodnikowy, w drugim natomiast zmechanizowany kompleks urabiający. Jak dotąd próby tego rodzaju nie przyniosły jeszcze w pełni satysfakcjonujących ostatecznych rezultatów. Z tego też względu istotnego znaczenia nabiera wdrażanie nowych i doskonalenie istniejących metod urabiania złoża przy użyciu techniki strzałowej, głównie poprzez stosowanie nowoczesnych i bezpiecznych środków strzałowych, pozwalających kontrolować w większym stopniu niż dotychczas geometrię wyrobisk po odstrzale oraz ograniczać zasięg strefy spękań wokół wyrobiska. 1. Technika strzałowa w warunkach zagrożenia tąpaniami Technika strzałowa pozostaje jedną z najbardziej skutecznych, aktywnych metod zwalczania zagrożenia tąpaniami w warunkach kopalń LGOM. Można tu wyróżnić kilka odmian strzelań odprężających w caliźnie złoża: strzelania grupowe jednorazowe odpalanie dużej ilości przodków eksploatacyjnych; strzelania urabiająco-odprężające zwiększenie ilości MW w otworach włomowych; strzelania wydłużonymi otworami odprężającymi; strzelania odprężające w spągu. Strzelania odprężające, które można prowadzić niezależnie od strzelań urabiających, mogą powodować zaburzenia w płynności prac w polach eksploatacyjnych, a przede wszystkim generować wyższe koszty. W związku z tym należy dążyć do opracowywania maksymalnie efektywnych strzelań urabiająco-odprężających oraz strzelań grupowych przodków. Prowokowanie odprężeń w górotworze przodkowymi robotami strzałowymi polega na jednoczesnym pozbawieniu podparcia warstw stropowych na dosyć długim odcinku frontu [1] i równocześnie na zmniejszeniu składowej poziomej stanu naprężeń w samym pokładzie (zmiana stanu naprężenia w przyociosowej części złoża z trójosiowego na jednoosiowy). Likwidacja podparcia stropu na długim odcinku frontu oznacza równoczesne przyłożenie dodatkowego obciążenia na następną silnie już obciążoną strefę calizny pokładu, co może wywołać odprężenia i tąpania (rys. 1). Efekt podcięcia stropu jest trudny do uzyskania na drodze odpalania MW w pojedynczych lub nieregularnie zlokalizowanych przodkach. Można go jednak osiągnąć przez jednoczesne odpalenie położonych blisko siebie kilku lub kilkunastu przodków. Praktyka ta jest stosowana rutynowo w kopalniach LGOM. W celu zwiększenia efektu prowokującego podczas urabiających robót strzałowych stosuje się też często w przodkach tzw. długie otwory odprężająco-

73 Zastosowanie elektronicznych systemów inicjacji włomowe o większej średnicy. Oprócz detonacji MW w normalnych 3-4 metrowych otworach strzałowych w caliźnie przodka, ostatnim opóźnieniem odpalany jest wielkośrednicowy ładunek odprężający (około 30 kg MW w otworze) o średnicy 127 mm. Pozwala to na przeładowanie przodków materiałem wybuchowym i na zwiększenie zabiorów. Przyjęto, że po takich skoncentrowanych strzelaniach prowokujących obowiązuje odpowiednio długi czas wyczekiwania, zwykle 8 godzin. Jednoczesne odpalanie skoncentrowanych przodków odbywa się z reguły na kolejnych odcinkach frontu eksploatacyjnego. Skuteczność prowokowania górotworu zależy przy tym od stanu naprężeń w strefie przed linią przodków. 1 strefa górotworu nienaruszonego eksploatacją, 2 strefa oddziaływania ciśnienia eksploatacyjnego, 3 strefa górotworu odprężonego, 4 filary technologiczne, 5 zawał wymuszony robotami strzałowymi, 6 otwory strzałowe zawałowe, 7 otwory strzałowe przodkowe Rys. 1. Zasada prowokowania odprężeni górotworu robotami strzałowymi [1] Prowokowanie górotworu skoncentrowanymi robotami strzałowymi okazało się skuteczną metodą ograniczenia zagrożenia tąpaniami w kopalniach LGOM [1]. Zazwyczaj znaczna część rejestrowanych zjawisk dynamicznych jest sprowokowana tymi robotami. Jako sprowokowane klasyfikuje się te odprężenia, które wystąpiły bezpośrednio po strzelaniu przodków lub też w okresie wyczekiwania po robotach strzałowych. W tabeli 1 przedstawiono zestawienie wstrząsów wysokoenergetycznych zarejestrowanych na terenie kopalni Rudna w latach 2008-2012 z podziałem na wstrząsy samoistne i sprowokowane. Ostatnie dwie kolumny zawierają procentowy stosunek wstrząsów samoistnych do sprowokowanych. Z przedstawionych danych wynika, że skuteczność prowokowania wstrząsów robotami strzałowymi na przestrzeni kilku ostatnich lat pozostaje na tym samym poziomie i wynosi 1:4. Jeśli jednak weźmiemy pod uwagę wstrząsy o energii większej lub równej 10 6 J, to otrzymamy skuteczność prowokacji na poziomie ponad 50%, natomiast rozpatrując zarejestrowane wstrząsy z najwyższych klas energetycznych, tj. E7 i więcej, to zaobserwujemy skuteczność na poziomie 85%. Oznacza to, że w ostatnich latach z Zakładach Górniczych Rudna udało się sprowokować ponad 4/5 wstrząsów z najwyższych klas energetycznych, co pozwala stwierdzić, że technika strzałowa jest bardzo skuteczną metodą odprężania górotworu. Oczywiście nie należy bagatelizować wstrząsów o niższej energii, których częste występowanie może być równie niebez-

74 Witold Pytel, Piotr Mertuszka, Bogusław Cenian pieczne jak wstrząsy wysokoenergetyczne. Analiza przeprowadzona przez Kłeczka [3], dotycząca ilości sprowokowanych wstrząsów górotworu w czasie wyczekiwania po strzelaniach w latach 2001-2003 na terenie kopalń LGOM, potwierdza tezę, że umiejętne sterowanie wstrząsami górotworu, w połączeniu z odpowiednio wyznaczonym czasem wyczekiwania po strzelaniach, może przyczynić się do poprawy skuteczności aktywnych metod profilaktyki tąpaniowej. Z przedstawionej analizy wynika też, że blisko połowa wstrząsów sprowokowanych pojawia się w czasie krótszym niż 60 sekund po zakończeniu strzelania (rys. 2). Prowokowanie górotworu skoncentrowanymi robotami przodkowymi pozwala również w znacznym stopniu sterować czasem występowania wstrząsów górniczych. W oddziałach eksploatacyjnych stosujących prowokowanie górotworu poprzez jednoczesne odpalanie większej ilości przodków znaczny procent wstrząsów występuje w okresie nieobecności załogi, tj. bezpośrednio po wykonaniu strzelań i w czasie wyczekiwania po strzelaniach. Tabela 1 Zestawienie wysokoenergetycznych wstrząsów samoistnych i sprowokowanych robotami strzałowymi na terenie kopalni Rudna w latach 2008-2012 ROK E3 E4 E5 E6 E7 E8 % S P S P S P S P S P S P S P 2008 1289 484 522 178 170 61 49 22 7 5 0 1 73 27 2009 1184 344 463 135 175 39 54 24 21 12 0 1 77 23 2010 913 335 381 129 146 47 38 17 18 9 1 1 74 26 2011 1117 337 437 192 148 64 56 24 11 12 0 0 74 26 2012 985 319 477 201 140 47 32 15 9 11 0 0 73 27 S wstrząsy samoistne P wstrząsy sprowokowane Rys. 2. Rozkład liczby sprowokowanych wstrząsów górotworu w czasie po grupowym strzelaniu przodków [3]

75 Zastosowanie elektronicznych systemów inicjacji Dla zachowania bezpiecznej i efektywnej eksploatacji złóż zauważyć należy potencjał, jaki tkwi w odpowiednim wykorzystaniu strzelań grupowych dla celów maksymalizacji ich efektu w zakresie profilaktyki tąpaniowej. Chodzi mianowicie o to, aby opracować i wdrożyć takie metryki strzelań grupowych, które poprzez zjawisko interferencji postrzałowych fal sejsmicznych byłyby w stanie doprowadzić lokalnie do uzyskania efektu wzmocnienia fali sprężystej, a tym samym do istotnego zwiększenia możliwości prowokowania odprężeń w eksploatowanym górotworze. 2. Optymalizacja parametrów strzelań przodków eksploatacyjnych Wypracowanie odpowiedniego sposobu strzelań grupowych może doprowadzić do uzyskania skutecznego narzędzia pozwalającego lepiej kontrolować stateczność wyrobisk podziemnych, w tym także zredukować zagrożenie ze strony dynamicznych przejawów ciśnienia górotworu. Dobór odpowiednich parametrów strzelań i zastosowanie nowoczesnych środków strzałowych mogą zatem przyczynić się do łatwiejszego uwolnienia energii sprężystej skumulowanej w górotworze oraz do istotnego zwiększenia zabioru. Mówiąc o optymalizacji parametrów strzelań w pierwszej kolejności należy zastanowić się, które z nich powinny być uwzględnione w modelu roboty strzałowej. Spośród dostępnych parametrów wyróżnić tu należy: ilość przodków odpalanych w jednym cyklu i ich przestrzenne usytuowanie, ilość i rozmieszczenie otworów strzałowych w skali pojedynczego przodka, średnicę i długość otworów strzałowych oraz kąt ich nachylenia, rodzaj (moc) materiału wybuchowego, zastosowane opóźnienia pomiędzy kolejno odpalanymi otworami strzałowymi i wiele innych. O ile parametry te można z powodzeniem uwzględnić w modelu jako jego zmienne, o tyle przy przenoszeniu ich zmienności do warunków kopalnianych napotyka się na określone ograniczenia. Wypracowana metoda powinna być z jednej strony skuteczna, natomiast z drugiej nie może w najmniejszym stopniu zakłócić procesu produkcyjnego. Analizując więc każdy z wyżej wymienionych parametrów można łatwo wyeliminować te, których optymalizacja nie jest możliwa w warunkach dołowych. Analiza tego rodzaju powinna uwzględniać następujące okoliczności (warunki brzegowe optymalizacji): 1) ilość otworów strzałowych i ich rozmieszczenie w przodku, co uzależnione jest od wielkości zabioru, parametrów wytrzymałościowych skał furty eksploatacyjnej oraz skał otaczających; 2) średnica otworu strzałowego, jak i kąt jego nachylenia ograniczone są poprzez dostępny park maszynowy; 3) długość otworów strzałowych uzależniona jest również od dostępnego parku maszynowego; 4) stosowany materiał wybuchowy dobierany jest głównie ze względu na jego parametry termodynamiczne i uzależniony jest m.in. od parametrów wytrzymałościowych skał, panujące zagrożenia naturalne, czy stopnie opóźnienia poszczególnych zapalników. Z powyższego wynika, że dla zachowania bezpiecznej i efektywnej eksploatacji należy skupić się na optymalizacji trzech parametrów: 1) ilość przodków eksploatacyjnych odpalanych w jednym cyklu; 2) przestrzenne usytuowanie przodków; 3) stopień opóźnienia pomiędzy kolejno odpalanymi przodkami (opóźnienia w skali grupy przodków, a nie pojedynczego przodka).

76 Witold Pytel, Piotr Mertuszka, Bogusław Cenian O ile pierwsze dwa parametry nie wymagają specjalnych nakładów poza odpowiednim projektem eksploatacji, o tyle ostatni wymaga zastosowania najbardziej zaawansowanej dostępnej technologii w postaci zapalników elektronicznych, których niezwykle wysoka precyzja opóźnień i praktycznie nieograniczona ilość ich stopni może doprowadzić do wzbudzenia fali pozwalającej na odprężenie górotworu. 2.1. Elektroniczny system inicjacji ładunków MW Pojawienie się możliwości zastosowania różnych opóźnień pomiędzy ładunkami MW odpalanych w poszczególnych otworach strzałowych było impulsem do rozpoczęcia badań wpływu wielkości czasu opóźnień pomiędzy ładunkami na efekt robót strzałowych. Inicjacja ładunku w określonych interwałach czasowych oznacza, że do masywu skalnego z określoną częstotliwością dostarczana jest energia wyzwolona na skutek detonacji MW. Można zatem stwierdzić, że odpowiednio skorelowane ze sobą opóźnienia, a co za tym idzie częstotliwości drgań, mogą skutkować wzbudzeniem rezonansu i w efekcie doprowadzić do wzmocnienia fali sprężystej, pożądanego w profilaktyce tąpaniowej w warunkach kopalń LGOM. 2.2. Idea strzelania milisekundowego Obecnie jednym z głównych elementów projektowania robót strzałowych jest dobór odpowiednich opóźnień milisekundowych, co ma bezpośredni wpływ na intensywność drgań parasejsmicznych i ich wpływ na otoczenie. Do tego celu służą zapalniki elektroniczne, których budowa na tle tradycyjnych zapalników pirotechnicznych, przedstawiona została na rys. 3. Ideą stosowania zapalników zwłocznych jest detonacja ładunku w kolejnym otworze strzałowym w momencie detonacji ładunku w poprzednim otworze. Zatem detonacja ładunku w kolejnym otworze następuje w momencie, gdy górotwór został już naruszony poprzez detonację ładunku w otworze poprzedzającym. Oznacza to, że należy zaprojektować taką kolejność i czas odpalania poszczególnych ładunków, aby detonował się on dopiero w momencie, kiedy przemieszczenie calizny skalnej nastąpiło już na skutek detonacji poprzedniego ładunku, tzn. kiedy powstały szczeliny w nieurobionej jeszcze skale. Zapalnik elektroniczny składa się z główki zapalczej i elektronicznego elementu opóźniającego. Jest on w pełni programowalny, a unikatowy kod zapalnika nie pozwala na niekontrolowaną inicjację ładunku MW. Dlatego też do uruchomienia systemu konieczna jest komunikacja z dwoma niezbędnymi urządzeniami: urządzeniem logującym (logger) i urządzeniem odpalającym (blaster). Pierwsze odpowiada za zalogowanie zapalnika do sieci strzałowej i nadanie mu konkretnego czasu opóźnienia, drugie natomiast za uzbrojenie zapalnika i jego detonację.

77 Zastosowanie elektronicznych systemów inicjacji Rys. 3. Schemat budowy podstawowych rodzajów zapalników [6] Zapalnikowi można nadać określone opóźnienie w zakresie od 0 ms do 15 000 ms, w odstępach czasowych co 1 ms, co daje ogromną przewagę w stosunku do elektrycznych czy nieelektrycznych systemów inicjacji. Cechą charakterystyczną zapalników elektronicznych jest także ich dokładność wynosząca ± 0,05 ms dla opóźnień w zakresie od 0 ms do 500 ms (powyżej 500 ms dokładność wynosi ± 0,01 ms), co jest nieosiągalne przy stosowaniu zapalników z pirotechnicznymi elementami opóźniającymi. 2.3. Przegląd wybranych systemów inicjacji elektronicznej Pierwsze systemy inicjacji elektronicznej powstały w wyniku współpracy firm Orica i Dynamit-Nobel. W Polsce systemy te zostały zaprezentowane po raz pierwszy w roku 2008 w Centralnym Laboratorium Techniki Strzelniczej i Materiałów Wybuchowych AGH w Regulicach, na pokazie zorganizowanym przez Stowarzyszenie Polskich Inżynierów Strzałowych i firmę Orica Poland [8]. Pośród dostępnych elektronicznych systemów inicjacji ładunków MW należy wyróżnić przede wszystkim różne odmiany systemów i-kon oraz systemy uni tronic, Nitronic, HotShot, AStar, DigiShot, SmartShot, QuickShort, edev, czy Deveytronic (tab. 2). System uni tronic 600 jest jednym z trzech systemów nowej generacji Orica. Przeznaczony do zastosowania przy strzelaniach prowadzonych zarówno w dużych zakładach górniczych, jak i niewielkich pracach inżynieryjnych. Jego stworzenie było niewątpliwie istotnym postępem w dziedzinie techniki strzałowej. Głównym elementem systemu jest zaawansowany układ elektroniczny ASIC charakteryzujący się wyższym niż w poprzednich systemach poziomem bezpieczeństwa i niezawodności. System składa się z elektronicznego zapalnika uni tronic 600, zapalarki Blast Box 310/310R (z technologią Bluetooth lub radiowego odpalania), skanerów; 120/125 oraz skanera 200 umożliwiającego pełną kontrolę zainstalowanych zapalników unitronic 600 [5]. Kolejnym systemem, o którym warto wspomnieć jest system HotShot produkowany przez firmę DetNet z RPA. Jego głównym elementem są zapalniki elektroniczne typu HotShot 3G, które zbudowane są podobnie jak natychmiastowy zapalnik

78 Witold Pytel, Piotr Mertuszka, Bogusław Cenian elektryczny, tzn. posiadają główkę zapalczą oraz ładunek pierwotny i wtórny. Układ elektroniczny umieszczony jest między przewodami a główką i zastępuje funkcję opóźniacza pirotechnicznego. Daje to możliwość programowania czasu detonacji i możliwość komunikacji dwustronnej. Na płytce drukowanej znajdują się podzespoły: rezystor pełniący funkcję zabezpieczenia obwodu zapalnika przed wpływami elektrycznymi, kondensator magazynujący energię, oscylator kwarcowy element generujący impulsy o dokładnej ustalonej częstotliwości, mikroprocesor odpowiedzialny m.in. za zaprogramowanie czasu opóźnienia, uzbrojenie i odpalenie oraz transmisję i kontrolę zapalnika przez programator, główka zapalcza działa jako interfejs między układem elektronicznym a MW w zapalniku [2]. Zapalniki elektroniczne HotShot 3G posiadają dopuszczenia Wyższego Urzędu Górniczego do stosowania w podziemnych zakładach górniczych, w których nie ma zagrożenia wybuchami metanu oraz pyłu węglowego. Zestawienie wybranych systemów inicjacji elektronicznej Tabela 2 System edev produkcji firmy Orica został zaprojektowany specjalnie do prac związanych z drążeniem tuneli. Zapewnia dokładność i możliwość elastycznego zaprogramowania czasu inicjacji ładunku, oferując jednocześnie przystępną cenę. System jest prosty w obsłudze. Składa się z programowalnych zapalników elektronicznych i sprzętu do identyfikacji, testowania, programowania i detonacji zapalników (Skaner, Tester Sieci, Zapalarka). System jest wspierany przez zaawansowane oprogramowanie do projektowania tuneli SHOTPlus-TTM. Zapalniki edev mogą być stosowane w zasadzie do wszystkich dostępnych na rynku materiałów wybuchowych, także nabojowanych. Każdy zapalnik ma swój unikalny kod identyfikacyjny zapisany w pamięci oraz dodatkowo kod kreskowy przymocowany do przewodu zapalnika pozwalający na jego skanowanie, co umożliwia bezpośrednie określenie czasu inicjacji. Zastosowanie systemu edev wykazało znaczną redukcję drgań w tunelach oraz pozwoliło na ograniczenie ilości stosowanych MW nawet o połowę. Może to prowadzić do zwiększenia zabioru oraz przyspieszenia postępu. Obecnie system edev został zastąpiony przez system nowej generacji edev II. Zasada działania jest niemalże identyczna, jak w przypadku systemu edev.

79 Zastosowanie elektronicznych systemów inicjacji System Daveytronic III to trzecia generacja systemów inicjacji elektronicznej produkcji Davey Bickford z USA. Podobnie jak inne systemy elektroniczne jest wysoce efektywny i prosty w obsłudze. System Daveytronic III obsługiwany jest bezprzewodowo, co skraca czas programowania i diagnostyki sieci strzałowej. Zwiększona elastyczność systemu oferuje opóźnienia w zakresie 1 ms do 14 000 ms w interwałach co 1 ms. W stosunku do poprzednich wersji systemu oferuje on niemal 3 razy więcej możliwości nadania konkretnych opóźnień. Mimo wzrostu dostępności czasów opóźnień, dokładność systemu wynosi poniżej 0,25%. System może obsłużyć jednocześnie do 1 500 zapalników lub nawet 3 000 przy odpowiedniej konfiguracji systemu. Do systemu dołączone jest oprogramowanie Daveytronic 2D, co usprawnia proces projektowania strzelań, nawet w przypadku bardziej skomplikowanych robót strzałowych. Program ten umożliwia wyznaczenie lokalizacji otworów strzałowych oraz skonfigurować odpowiednie czasy inicjacji ładunków MW. Istnieje także możliwość importowania współrzędnych otworów czy innych danych z programów takich jak CSV czy Excel. Oprogramowanie jest kompatybilne niemalże ze wszystkimi dostępnymi programami do projektowania strzelań, a także z programem AutoCAD. System Daveytronic III pozwala na bezprzewodowe odpalanie ładunków z odległości do 1 mili, tj. około 1 600 m, co wpływa pozytywnie na bezpieczeństwo robót strzałowych. W listopadzie 2011 roku na terenie kopalni Rudna przeprowadzono próbne roboty strzałowe wykonywane z zastosowaniem elektronicznego systemu inicjacji materiałów wybuchowych zapalnikami i-kon produkcji firmy Orica. Celem prac było sprawdzenie ich przydatności i możliwości zastosowania w warunkach kopalń podziemnych KGHM Polska Miedź S.A. System elektronicznej inicjacji MW i-kon jest obecnie najbardziej zaawansowanym systemem dostępnym na rynku, przeznaczonym głównie do dużych i skomplikowanych strzelań wykonywanych zarówno w podziemnych, jak i odkrywkowych zakładach górniczych. System składa się z urządzenia logującego (Logger), odpalającego (Blaster) oraz zapalników (i-kon). Logger i Blaster posiadają funkcję ciągłego monitorowania obwodu dla zapewnienia bezpiecznych i efektywnych warunków odpalania, w szczególności w zakresie upływu prądu oraz ewentualnych uszkodzeń zapalników powstałych w trakcie prowadzenia załadunku. Do Loggera można podłączyć jednocześnie 200 zapalników, natomiast Blaster umożliwia podłączenie 2 Loggerów, co w sumie daje możliwość jednoczesnego odpalenia 400 zapalników. Wersje rozszerzone systemu przewidują możliwość odpalania 4 800 zapalników. Przeprowadzone badania wykazały, że system elektronicznej inicjacji MW w warunkach O/ZG Rudna może znaleźć zastosowanie przy wielkoprzodkowych strzelaniach grupowych, gdzie częstotliwość strzelań i długi czas wyczekiwania po odpaleniu stawiają przed techniką strzałową wymóg zapewnienia 100% skuteczności odpalenia. Możliwość lokalizacji każdego zapalnika w danym przodku tuż przed odpaleniem pozwala podjąć decyzję o pewnym odpaleniu, bądź o jego wstrzymaniu na czas usunięcia problemu. Możliwość różnicowania w czasie momentu inicjacji danego otworu w przodku może być elementem wspomagającym profilaktykę tąpaniową. Podsumowując, system elektronicznej inicjacji ładunków MW w warunkach kopalni Rudna może charakteryzować się takim zróżnicowaniem opóźnień detonacji MW w otworach i przodkach, które spowoduje skuteczne zwiększenie amplitudy drgań wywołanych robotami strzałowymi oraz kontrolowanie obwodów strzałowych wieloprzodkowych w celu pierwszego 100-procentowego odpalenia wszystkich przodków w obwodzie [4].

80 Witold Pytel, Piotr Mertuszka, Bogusław Cenian 3. Opóźnienia milisekundowe a przebieg drgań składowej poziomej Dla celów poprawy efektywności profilaktyki tąpaniowej poszukuje się coraz to nowych rozwiązań technicznych, których zastosowanie na dużą skalę może znacznie zwiększyć skuteczność wymuszania wstrząsów odprężających górotwór. Jednym z rozpatrywanych rozwiązań jest możliwość przeprowadzenia strzelań grupowych przy takim doborze opóźnień, aby detonacje poszczególnych ładunków w otworach powodowały wzmacnianie amplitudy drgań górotworu wywołanych przez wcześniej odpalane ładunki, co może uwolnić naprężenia skumulowane w górotworze. Wyniki badań wpływu opóźnień milisekundowych na poziom rejestrowanych drgań [8,9] wskazują, że istnieje wyraźny związek pomiędzy zastosowanym opóźnieniem, a przebiegiem zarejestrowanych drgań. Jak znaczący wpływ może mieć zastosowanie zróżnicowanych opóźnień milisekundowych na przebiegi drgań generowanych inicjacją MW przedstawia rysunek 4. Można zatem zauważyć, że ze wzrostem wielkości zastosowanego opóźnienia wydłuża się czas trwania drgań oraz zwiększa się ich amplituda. Rys. 4. Przebiegi drgań składowej poziomej dla różnych opóźnień [7] Chociaż wciąż możliwość zastosowania elektronicznych systemów inicjacji ładunków MW jest analizowana, już na obecnym etapie można wnioskować, że odpowiedni dobór stopni opóźnień pomiędzy przodkami eksploatacyjnymi w przypadku strzelań grupowych może doprowadzić do wzmocnienia fali sprężystej generowanej inicjacją MW, wskutek czego łatwiej może dojść do uwolnienia energii sprężystej, skumulowanej w górotworze.

81 Zastosowanie elektronicznych systemów inicjacji Podsumowanie Poszukiwanie nowych rozwiązań dla techniki strzałowej w dużym stopniu uzależnione jest od dostępu do nowych środków strzałowych. Wprowadzenie do górnictwa nieelektrycznych systemów inicjacji MW oraz mechanicznego załadunku otworów było niewątpliwie przełomem w tej dziedzinie i poszerzyło wachlarz możliwości projektowania prac strzałowych. Implementacje systemu mechanicznego urabiania skał twardych jak dotąd nie przyniosły w pełni satysfakcjonujących rezultatów i pozostają nadal w fazie testów. Oznacza to, że należy w dalszym ciągu doskonalić technologie strzałowe dla uzyskania ich maksymalnej efektywności. Prace te powinny skupiać się na stosowaniu efektywnych i bezpiecznych materiałów wybuchowych, mechanizacji procesu strzelań, w tym mechanicznego załadunku otworów strzałowych, czy na stosowaniu wysokiej klasy zapalników elektronicznych. Istotnego znaczenia nabiera też potencjał tkwiący w odpowiednim optymalizowaniu strzelań grupowych dla celów maksymalizacji ich efektu w zakresie profilaktyki tąpaniowej. Wypracowanie odpowiedniego sposobu strzelań grupowych może więc doprowadzić do uzyskania skutecznego narzędzia, pozwalającego lepiej kontrolować stateczność wyrobisk podziemnych, w tym także zredukować zagrożenie ze strony dynamicznych przejawów ciśnienia górotworu. Bibliografia [1] Butra J., Kicki J., 2003, Ewolucja technologii eksploatacji złóż rud miedzi w polskich kopalniach. Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej. [2] Janiak M., Ostiadel W., Pacyna Sz., System inicjowania zapalnikiem elektronicznym HotShot, Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, Nr 134, 2012, str. 121-129. [3] Kłeczek Z., 2004, Grupowe strzelanie przodków jako element profilaktyki tąpaniowej w kopalniach rud miedzi LGOM, Górnictwo i Geoinżynieria, Rok 28, Zeszyt 3/1, str. 153-159. [4] Laskowski M., 2012, Zastosowanie zapalników elektronicznych i-kon w górnictwie podziemnym na przykładzie KGHM Polska Miedź S.A. Oddział ZG/ Rudna, Szkoła Eksploatacji podziemnej, Materiały Konferencyjne, str. 323-330. [5] Materiały Orica Mining Service. [6] Prędki S., 2010, Techniczno-ekonomiczna analiza efektywności stosowania elektronicznych systemów inicjowania materiałów wybuchowych w warunkach polskich kopalń surowców skalnych, Praca doktorska. [7] Pyra J., 2010, Opóźnienie milisekundowe jako czynnik wpływający na spektrum odpowiedzi drgań wzbudzanych detonacją ładunków materiału wybuchowego w kopalniach odkrywkowych, Górnictwo i Geoinżynieria, Rok 34, Zeszyt 4. [8] Pyra J., 2011, Wpływ wielkości opóźnień milisekundowych na spektrum odpowiedzi drgań wzbudzanych detonacją ładunków materiałów wybuchowych, Praca doktorska. [9] Winzer J., 2004, Wpływ opóźnień milisekundowych przy prowadzeniu strzelań eksploatacyjnych na częstotliwościowe charakterystyki drgań gruntu i budynków. Górnictwo i Geoinżynieria. z. 3/1.

82 Witold Pytel, Piotr Mertuszka, Bogusław Cenian