Параметры воронки взрыва в узких забоях Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 622.235 А.Н. Любин

ПАРАМЕТРЫ ВОРОНКИ ВЗРЫВА В УЗКИХ ЗАБОЯХ

Семинар № 4

В узком забое на характер формирования воронки выброса существенное влияние оказывает величина открытой поверхности, на которую производится взрывание. Расчет параметров буровзрывных работ в таких забоях обычно выполняется по удельному расходу ВВ с корректировкой его величины изменением коэффициента зажима. При этом, кроме ширины свободной поверхности, на изменение его величины влияют параметры элементов технологии отбойки и физико-механические свойства пород массива [1].

Для исследования зависимости удельного расхода ВВ от мощности отбиваемых рудных залежей и степени смещения заряда нормального выброса относительно оси симметрии открытой поверхности на разных участках в блоке 2/25-“в” рудника “Карнасурт” были проведены эксперименты по отбойке горных пород при разной высоте очистного пространства.

Методика эксперимента предусматривала проведение в контролируемых условиях серии взрывов при двух вариантах расположения колонкового заряда относительно границ свободной поверхности. В одном из них заряд располагали симметрично, а в другом - со смещением его к кровле очистной выработки. Каждая серия включала четыре опыта, которые проводили на участках блока с высотой очистного пространства 0.8, 1.2,

1.5 и 1.8 м. Две первые серии опытов проводили в очистных выработках, а последующие серии опытов - в камерах, подготовленных в одной из стенок наклонного блокового восстающего.

Необходимость проходки камер была обусловлена разработкой тонких рудных залежей Карнасуртского участка Ёовозерского месторождения. Мощность балансовых запасов месторождения на этом участке изменяется в пределах 0.3-1.2 м. Контур промышленных руд устанавливается опробованием. Коэффициент крепости руды и вмещающих пород по Протодьяконову f = 12-14. Покрывающие породы допускают обнажения до 1000 м2. При отработке нижних горизонтов мощность покрывающих пород составила 400-500 м [2]. Эти горизонты отнесены в категорию опасных по горным ударам.

Для определения параметров воронки выброса при максимальном значении ЛНС в сравниваемых вариантах отбойки шпуры располагали под некоторым углом к свободной поверхности. При этом ЛНС возрастала с удалением от устья шпура и на определенной глубине величина ее достигала предельно возможных значений для данных условий. После каждого взрыва у устья оставшихся “стаканов” производили замеры параметров основания призмы выброса. Данные этих замеров использовали, как параметры основания призмы вы-

Таблица 1

Параметры элементов основания призмы выброса при взрыве колонкового заряда в очистном забое

Параметры откры- Значение ЛНС, м Радиус действия заряда, м

той поверхности, м под ЛНС над ЛНС

™ср Яг Я2 ЗЯ2

Расположение заряда симметричное

0.8 0.54 0.03 0.67 0.05 0.68 0.05

1.2 0.63 0.04 0.85 0.04 0.86 0.04

1.5 0.78 0.03 1.05 0.04 1.08 0.04

1.8 0.82 0.03 1.10 0.04 1.11 0.04

Расположения заряда со смещением к кровле

0.8 0.51 0.03 0.84 0.04 0.53 0.04

1.2 0.62 0.03 1.03 0.05 0.66 0.04

1.5 0.76 0.03 1.32 0.04 0.80 0.04

1.8 0.76 0.03 1.33 0.04 0.81 0.04

броса при предельной глубине заложения колонкового заряда.

Результаты статистической обработки данных по каждой серии опытов представлены в табл. 1.

Из анализа табл. 1 следует, что параметры элементов основания призмы выброса зависят от расположения заряда относительно границ свободной поверхности и ее ширины. Изменения их значений происходят прямо пропорционально высоте очистного пространства. При этом заряды, расположенные со смещением к кровле выработки, имеют абсолютное значение радиуса действия заряда в сторону почвы больше, чем в сторону кровли Яг- С увеличением высоты очистного пространства эта разница увеличивается. Однако такой закономерности изменения предельной глубины заложения заряда в этих условиях отбойки не прослеживается.

Поскольку при проведении экспериментов объем выборки был маленьким (4 опыта в каждой серии), то интервальную оценку математического ожидания в проведенных замерах следует делать по распределению Стьюдента [3]. При этом исходить бу-

дем из условия выполнения соотношения

р{ X-М\ < і}=у,

(1)

где X- случайная величина; ц - математическое ожидание случайной величины; t - точность оценки; v=1 - д -заданная доверительная вероятность (надежность); д - вероятность противоположного события.

Принимаем, что с вероятностью р = 0.95 отклонение средней выборочной хср от математического ожидания £, отнесенное к в/лШ не будет превышать некоторой величины t. Значение в равно “исправленному” среднеквадратическому отклонению и определяется по формуле

(п -!)-1 Ё (X - хср)2 > (2)

І=1

где п - объем выборки; х1 - значения экспериментальных данных.

Поставленное требование можно записать в виде

= V.

| / 0, п)Л = 2\ / (г, п)ёг

- г о

Входящий в это выражение интеграл табулирован. По числу степеней

Таблица 2

Доверительные интервалы средних значений параметров призмы выброса при предельньх значениях ЛНС

Параметры открытой поверхности, м Глубина заложения заряда (ЛНС), м Радиус действия заряда, м

под ЛНС над ЛНС

от до от до от до

Расположение заряда симметричное

0.8 0.47 0.61 0.57 0.77 0.58 0.78

1.2 0.56 0.79 0.75 0.95 0.76 0.96

1.5 0.71 0.85 0.95 1.15 0.98 1.18

1.8 0.75 0.89 1.00 1.20 1.01 1.21

Расположения заряда со смещением к кровле

0.8 0.44 0.58 0.74 0.94 0.43 0.63

1.2 0.55 0.69 0.93 1.13 0.56 0.76

1.5 0.69 0.83 1.22 1.42 0.70 0.90

1.8 0.69 0.83 1.23 1.43 0.71 0.91

свободы к = п-1 и заданной величине р находим значение t и определим доверительный интервал для оценивания параметра £ из выражения

хср - ts/л|П <£<хср+ ts/лJп .

При р = 0.95 и к = 3 из табл. П8.13 t = 4.303 [3] доверительные интервалы средних значений экспериментальных данных приведены в табл. 2.

Примечание: бш, - средне-

квадратическое отклонение соответствующего параметра по данным четырех опытов.

Из анализа табл. 2 видно, что в каждом из вариантов расположения колонкового заряда (симметрично и со смещением к кровле) относительно границ свободной поверхности значительная область доверительных интервалов средних значений параметров совпадают при соответствующих значениях параметров открытой поверхности.

Для проверки гипотезы о равенстве средних или о том, что различия между ними несущественны с точки зрения оценки однородности данных

опытов в двух вариантах расположения заряда относительно границ свободной поверхности, определим величину t. В этом случае, объемы опытов в каждом из вариантов расположения зарядов пх и п2 являются независимыми случайными выборками из нормально распределенных генеральных совокупностей X и У. А также допустим, что дисперсии этих совокупностей бх и бу равны и их величина неизвестна. Поэтому в расчетах будем использовать значение среднеквадратического отклонения э, величину которого определим по формуле (2).

Значение t определим из выражения [3]

X - V

ср У ср

Л/(П1 - ^ +(П2 - 1)

П1П2

( + П2 - 2)

При сделанных выше предпосылках и в предположении справедливости высказанной гипотезы величина t удовлетворяет распределению Стью-дента с к = пх + п2 - 2 степенями сво-

Таблица 3

Значение параметра и результаты проверки гипотезы о равенстве средних значений параметров призмы выброса при симметричном и смешенном расположении заряда относительно границ свободной поверхности

Параметры открытой поверхности, м Сравниваемые параметры

глубина заложения заряда (ЛНС), м радиусы действия заряда, м

под ЛНС над ЛНС

0.8 1.22 / + 5.21 / - 4.59 / -

1.2 0.41 / + 5.51 / - 6.12 / -

1.5 0.82 / + 8.27 / - 8.57 / -

1.8 2.45 / + 7.04 / - 9.19 / -

Примечание: числитель - расчетное значение ^ знаменатель - гипотеза о равенстве средних принимается или отвергается соответственно “+” или “-“.

боды. По табл. 5 [3] определим критическое значение 6 о.95, величина которого составит 2.78. Если вычисленное значение и!>2.78, то с надежностью 0.95 можно считать расхождение средних параметров значимым (неслучайным).

Результаты проверки высказанной гипотезы приведены в табл. 3.

Из табл. 3 видно, что гипотеза о равенстве средних значений параметров призмы выброса при симметричном и смещенном расположении колонкового заряда относительно границ свободной поверхности, может быть справедлива только по отношению параметра глубины заложения заряда. Разница средних значений радиусов действия заряда является существенной.

По результатам статистической обработки экспериментальных данных можно судить о том, что при взрыве симметричного и смещенного относительно границ открытой поверхности колонковых зарядов с одинаковой глубиной их заложения объемы призм выброса рудной массы будут разными. Поскольку в этом случае при разных значениях радиусов действия зарядов будут разными суммы радиусов каждой из воронок разрушения сравниваемых взрывов. Следо-

вательно, будут разными и показатели эффективности процесса отбойки.

Количественный показатель эффективности отбойки в каждой серии опытов оценивали по отбитой горной массе в объеме призмы выброса. В качестве расчетных параметров основания призмы выброса использовали статистические данные эксперимента (табл. 1).

При проведении эксперимента диаметры шпура и заряда ВВ были идентичны применяемым на руднике “Карнасурт” и равны соответственно 43 и 36 мм. Заряжание их производят вручную патронированными ВВ. В качестве ВВ используют аммонит №6 ЖВ. При этом вес 1 м шпура равен 1.0 кг. Удельный расход ВВ определяли из отношения веса заряда шпура к объему призмы выброса. Параметры призмы выброса и удельный расход ВВ для соответствующих условий приведены в табл. 4.

Из анализа табл. 4 следует, что изменение количественных показателей отбойки (объем призмы выброса и удельный расход ВВ) от изменения параметра открытой поверхности более значимо, чем от изменения расположения колонкового заряда заданной массы ВВ относительно её границ. При меньшей высоте очистного

Таблица 4

Параметры призмы выброса и удельный расход ВВ при взрыве одиночного колонкового заряда на ограниченную свободную поверхность

Параметр открытой поверхности, м Радиус воронки разрушения, м Объем призмы 3 разрушения, м Удельный расход ВВ, кг/м3

под ЛНС над ЛНС

Расположение заряда симметричное

0.8 0.40 0.41 0.22 4.57

1.2 0.58 0.59 0.36 2.78

1.5 0.73 0.77 0.59 1.71

1.8 0.75 0.76 0.62 1.62

Расположения заряда со смещением к кровле

0.8 0.66 0.15 0.21 4.76

1.2 0.81 0.23 0.32 3.08

1.5 1.08 0.27 0.51 1.95

1.8 1.09 0.28 0.56 1.78

пространства отличие количественных показателей эффективности отбойки симметрично и смещено расположенных зарядов в забое составляет не более 5 %. С увеличением параметра открытой поверхности эта разница увеличивается и при значении её 1.8 м составляет 10 % .

Таким образом, из анализа экспериментальных данных параметров призмы выброса следует, что в узких забоях при одинаковой глубине заложения заряда значимость влияния расположения его относительно границ открытой поверхности на коли-

1. Любин А.Н. Аналитический метод обоснования коэффициента зажима при отбойке на ограниченную свободную поверхность [Текст] / А.Н. Любин // Изв. вузов. Горн. журн. - 2001. - № 1. - С. 49-52.

2. Повышение эффективности системы

чественные показатели эффективности отбойки не существенна. Следовательно, в определенном диапазоне изменения ширины открытой поверхности узких забоев схема расположения и отбойки одиночно-последовательным инициированием зарядов с чередованием расположения их у кровли и почвы очистной выработки не повлияет на объем отбитой рудной массы, по сравнению со схемами отбойки, в которых используется симметричное расположение зарядов относительно границ открытой поверхности.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

разработки на руднике «Карнасурт» [Текст] / И.И. Бессонов и [др.] // Горн. журн. -1990. - № 1. - С. 19-21.

3. Математическая статистика [Текст] / В.М. Иванова [и др.]. - М.: Советское радио, 1975. - 472 с. ШИН

— Коротко об авторе --------------------------------------------------------------

Любин А.Н. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Горного института Кольского научного центра РАН.

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 4 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. С.А. Гончаров.