Взрывное дробление с направленным перемещением горных пород Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

- © Е.Б. Шевкун, A.B. Лешинский,

2013

УДК 622.235

Е.Б. Шевкун, A.B. Лешинский

ВЗРЫВНОЕ ДРОБЛЕНИЕ С НАПРАВЛЕННЫМ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ГОРНЫХ ПОРОД

Приведены результаты экспериментальных массовых взрывов скважинны-ми зарядами с воздушной подушкой в перебуре. При порядном взрывании в направлении от откоса уступа в тыл блока такие взрывы обеспечивают направленный выброс части горной массы в сторону откоса уступа. Остальная горная масса остается на месте взрыва. Развал практически не отделен от уступа, его высота близка к высоте уступа.

Ключевые слова: заряд взрывчатых веществ; массовый взрыв; направленный выброс.

В прошлом веке обширные исследования механизма разрушения горных пород скважинными зарядами, рассредоточенными воздушными промежутками, показали, что активную роль в изменении качественной характеристики дробления пород играют воздушные промежутки не только внутри заряда, но и в его торцах.

Лабораторными исследованиями влияния воздушных промежутков в верхней и нижней торцовых полостях скважины на качество взрыва выявлено, что при взрывании зарядов с торцовыми воздушными полостями радиус зоны измельчения в среднем на 10 % меньше по сравнению с обычными зарядами [1]. Уменьшение радиуса зоны измельчения и выхода мельчайших частиц при взрывании зарядов с воздушными полостями у торцов зарядов указывает на существенное снижение начального давления продуктов взрыва за счёт свободного расширения в воздушной полости; при этом не только уменьшается удельное давление и удлиняется время воздействия взрыва, но изменяется и плотность энергии взрыва на единицу поверхности контакта продуктов взрыва с разрушаемой средой.

Исследованиями ряда авторов установлено, что воздушный промежуток между верхним торцом заряда и забойкой длиной 5—7 диаметров заряда позволяет укоротить забойку при сохранении её запирающих свойств [2]. Предложенная К. Жуну-

совым конструкция скважинного заряда с воздушной полостью, расположенной между нижним его торцом и забоем скважины, названная им зарядом с воздушной подушкой, имеет ряд существенных преимуществ: значительно снижаются величина первоначального пикового давления продуктов взрыва (ПВ), скорость движения забойки и увеличивается продолжительность действия ПВ на стенки скважины. Благодаря этому можно добиться направленного перемещения взорванной горной массы без подъёма её вверх (вплоть до исключения), снижения выброса газов и пыли из устья скважины, сейсмического воздействия взрыва и др. Уменьшается опасность поражения разлетающимися кусками породы людей, оборудования, увеличивается сохранность расположенных вблизи взрыва объектов и сооружений. Кроме того, в зарядах с воздушной подушкой действие двойной ударной волны в нижней части скважины может создать благоприятные условия для лучшего отрыва по подошве уступа, т.е. обеспечить качественный взрыв при завышенном сопротивлении по подошве. [3]. Именно безопасность работ с такой конструкцией заряда вызывает интерес, поскольку решение этой проблемы наиболее важно при ведении взрывных работ в стеснённых условиях, например, вблизи населённых пунктов и различных коммуникаций. Да и завышенное сопротивление по первому ряду — весьма распространённая проблема в таких условиях.

Испытания на Златоуст-Беловском карьере Джезказганского горно-металлургического комбината [4] показали, что при одинаковой сетке расположения скважин применение зарядов с воздушной подушкой, по сравнению со сплошными зарядами, позволяет значительно улучшить качество дробления трудно-взрываемых горных пород за счёт увеличения продолжительности действия взрыва и высоты колонки заряда при соответствующем уменьшении длины забойки. При этом снижается удельный расход ВВ на 8.. .10 % при взрывании крепких труд-нодробимых пород и на 18.20 % при взрывании легко- и среднедробимых пород. Разрушение массива за последним рядом скважин уменьшается в 1,3.1,6 раза.

Нами разработан и испытан в условиях строительства автомобильных дорог способ взрывания уступов в стеснённых условиях, в котором на поверхности уступа размещают двухслойное укрытие в виде связанного из изношенных автомобильных шин

а

Разрез А-А

б

Разрез Б-Б

в

Рис. 1. Параметры зарядов на первом экспериментальном взрыве:

а — общий вид блока; б — заряды в части блока с завышенным сопротивлением; в — заряды в основной части блока

мата, размещённого на металлическую сетку, а скважинные заряды выполняют с воздушной подушкой в нижней части, выполненной, например, из вспененного полистирола [5].

Первый экспериментальный взрыв с предложенной конструкцией заряда подтвердил её преимущества. Взрываемый блок на 1/3 его длины имел существенное завышение сопротивления по подошве уступа (рис. 1).

После взрыва порядной схемой в направлении от откоса уступа в тыл оказалось, что основная часть блока имеет существенный выброс, а часть блока с завышенным сопротивлением хотя и не отброшена, но проработана (рис. 2, а), что позволило отработать блок без завышения подошвы уступа. Следует отметить, что основной объём горной массы остался на месте взрыва, уровень высоты развала несколько выше уступа (рис. 2, б).

Второй экспериментальный взрыв проводили в тяжёлых условиях: в сторону подобранного откоса направить взрыв было невозможно, а в боковом направлении отметка подошвы завышена почти на половину высоты уступа (рис. 3, а). Учитывая хорошую проработку завышенного сопротивления по подошве в первом экспериментальном взрыве, в данном случае опять применили заряды с воздушной подушкой с направлением взрыва порядной схемой перпендикулярно подобранному забою.

Параметры расположения скважинных зарядов с воздушной подушкой приведены на рис. 4. Нумерация рядов скважин — в направлении развития взрыва.

а б

Рис. 2. Развал горной массы после первого экспериментального взрыва: а - вид со стороны откоса уступа; б - вид с тыльной части блока

Рис. 3. Второй экспериментальный взрыв: а, б — блок до взрыва; в, г — блок после взрыва

5 4 3 2 1

Рис. 4. Параметры зарядов на втором экспериментальном блоке

Как и при первом взрыве, часть горной массы была частично отброшена в заданном направлении, а основная масса осталась на месте взрыва, выброс отсутствовал, наблюдалось осыпание горной массы в сторону подобранного откоса. Уровень высоты развала был незначительно ниже первичной высоты уступа (см. рис. 3, б, в, г).

Следует отметить ещё один интересный случай взрывного рыхления горной породы с воздушной подушкой. В связи с необходимостью проходки разрезной траншеи на следующий уступ, было решено вместо уступа высотой 7 м взорвать уступ высотой 12 м, применив заряды, рассредоточенные воздушными промежутками с дополнительным воздушным промежутком под забойкой (рис. 5). При таком положении горных работ воздушные промежутки в заряде оказались на уровне подошвы и превратились в воздушные подушки, под которыми в глубоком перебуре оказался мощный заряд ВВ. Картина взрыва получилась своеобразной: взрыв с порядной схемой развивался по сценарию взрыва зарядов с воздушной подушкой (рис. 6, б, в), но горная масса была далеко отброшена от места взрыва — откос уступа практически обнажён, а развал горной массы имеет малую высоту (рис. 6, г).

Выброса горной массы за пределы блока в тыльную сторону не наблюдалось, поэтому такой эффект направленного перемещения горной массы при отсутствии выброса в противоположную

Рис. 5. Параметры зарядов на третьем экспериментальном блоке

Рис. 6. Третий экспериментальный взрыв: а, б, в — развитие взрыва; г — блок после взрыва

сторону может быть использован при взрывании в стесненных условиях.

В целом по рассмотренным экспериментальным массовым взрывам можно отметить, что скважинные заряды с воздушной подушкой в перебуре при порядном взрывании в направлении от откоса уступа в тыл блока позволяют:

• обеспечивать направленный выброс части горной массы в сторону откоса уступа, остальная масса остается на месте взрыва, развал практически не отделён от уступа, его высота близка к высоте уступа;

• прорабатывать завышенное сопротивление по подошве уступа;

• при размещении под воздушной подушкой дополнительного заряда ВВ горная масса может быть полностью отброше-

на от откоса, уступ на всю высоту обнажается, а высота развала при этом существенно снижается.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сорокин В. Т. Эффективность отбойки породы на слюдяных карьерах зарядами с воздушными промежутками / В.Т. Сорокин, А. И. Ляхов,

B.П. Федоров, Л.Г. Рубцов // Взрывное дело. — 1967. — № 62/19. —

C. 211—215.

2. Лешинский А.В. Забойка взрывных скважин на карьерах / А.В. Лещинский, Е.Б. Шевкун. — Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2008. — 230 с.

3. Жунусов К. Отбойка скальных пород зарядами с воздушной подушкой / К. Жунусов. — Алма-Ата: Наука, 1979. — 115 с.

4. Алексеенко А.Ф. Совершенствование параметров буровзрывных работ на известняковом карьере Камышбурунского железорудного комбината / А.Ф. Алексеенко // Взрывное дело. — 1966. — № 59/16. — С. 125—134.

5. Пат. 2317521 Российская Федерация. Способ взрывания уступов в стесненных условиях / Шевкун Е.Б., Лещинский А.В. — Опубл. 20.02.2008, Бюл. № 5. по заявке № 2006121285. ЕШЭ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Шевкун Евгений Борисович — доктор технических наук, профессор, 1еБсЬ@Б<1т. khstu.ru,

Лешинский Александр Валентинович — доктор технических наук, профессор, 1esch@sdm. khstu.ru,

Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, кафедра «Транс-портно-технологические системы в строительстве и горном деле»,

Рудницкий Константин Абрамович — генеральный директор ООО «БСК-Взрывпром», vzryvprom@amur.ru.