CC BY
61
© Э.И. Ефремов, А.В. Пономарев, Е.В. Николенко, 2002
УДК 622.235
Э.И. Ефремов, А.В. Пономарев, Е.В. Николенко
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ПРОСТЕЙШЕГО СОСТАВА ПРИ РАЗРУШЕНИИ ПОРОД ФЛЮСОВЫХ КАРЬЕРОВ
В
ыбор типа ВВ предопределяется многими факторами, среди которых следует выделить три основных: условия взрывания, экономическая целесообразность и экологическая надежность.
Под условиями взрывания понимается тип пород, их крепость и обводненность, технологические требования к добываемому полезному ископаемому по фракционному составу взорванной горной массы, условия безопасного применения (открытые или подземные горные работы), конечная цель взрывных работ (дробление пород, их перемещение, упрочнение материалов) и др.
Постоянными во всех случаях являются экономический фактор (стремление к минимальной стоимости ВВ) и экологический — обеспечение минимального объема выбросов вредных газов, а также пылевидных частиц пород, образуемых в зоне пластических деформаций на контакте заряд-порода. При этом, как известно, уменьшение затрат энергии ВВ в зоне пластических деформаций позволяет повысить коэффициент использования энергии взрыва на дробление основной массы породного массива.
Таким образом, в каждом конкретном случае при добыче полезных ископаемых открытым способом, выбор типа ВВ, помимо постоянных факторов, определяется типом пород, их обводненностью и технологическими требованиями к горной массе по интенсивности дробления (измельчения).
Для большинства карьеров, кроме карьеров нерудной промышленности, фактор переизмельчения горной массы не является определяющим, а рассматривается только с позиции рационального использования энергии
взрыва, с учетом того, что именно в зоне переизмельчения теряется основная доля этой энергии.
Для карьеров нерудной промышленности проблема зоны переизмель-чения является весьма важной по двум причинам. С одной стороны, переизмельченная горная масса является некондиционным продуктом (отходом производства), а с другой -сокращая зону переизмельчения, мы повышаем полезную работу взрыва на дробление пород в целом. Таким образом, при добыче нерудных полезных ископаемых, и в частности флюсовых известняков и доломитов, наиболее целесообразно применение низкобризантных взрывчатых веществ простейшего состава, к положительным показателям которых относится их низкая стоимость и удлиненная зона химической реакции, способствующая уменьшению зоны пластических деформаций (переизмельчения).
Уместно в данном случае сослаться на академика Н.В. Мельникова, который еще в 60-е годы отмечал [1], что «основными направлениями улучшения взрывных работ являются активные способы управления взрывом, к которым следует отнести... применение дешевых и безопасных взрывчатых веществ игданитов и др.».
Вопросы влияния бризантности ВВ на параметры зоны пластических деформаций исследовались многими авторами, и результаты этих исследований убедительно подтверждают факт того, что с уменьшением бри-зантности ВВ зона переизмельчения сокращается. В частности, в отделе механики взрыва ИГТМ НАН Украины были проведены полигонные испытания влияния типа ВВ на выход переизмельченных фракций гранитных пород Мокрянского карьера [2]. При этом в скважины диаметром 215 мм и глубиной 1,0 м помещали заря-
ды ВВ, представленные аммонитом № 6 ЖВ, граммонитом 79/21 и гра-нулотолом. Масса заряда составляла
10 кг.
Из зоны вокруг очага взрыва были отобраны пробы продуктов разрушения, которые рассеяны на ситах. Анализ фракционного состава продуктов разрушения гранитов при взрыве зарядов трех типов ВВ показал, что чем выше бризантные характеристики ВВ, тем больше выход мелких фракций (0-0,05 мм). В частности, для гранулотола этот показатель составил 28,73 %, а для аммонита № 6 ЖВ и гранулита 79/21 -- соответственно 19,78 и 19,64 %.
Более глубокие исследования влияния свойств ВВ на разрушающее действие взрыва нами были проведены в лабораторных условиях с использованием песчано-цементных моделей. Бризантность ВВ регулировалась добавкой твердого ракетного топлива (ТРТ) в ТЭН (базовое ВВ).
Исследования показали [3], что при снижении бризантности простейших смесевых ВВ (состав смеси 50/50) расчетное давление на стенки зарядной полости уменьшается в 3,5 раза, а содержание мелких фракций (0-5 мм) — в 1,75 раза по сравнению с базовым ВВ (табл. 1).
Уменьшение бризантных форм работы, увеличивающих потери полезного ископаемого вследствие местного переизмельчения, и увеличение общих форм работы взрыва при одинаковой энергии заряда могут быть достигнуты за счет уменьшения скачка давления и увеличения его длительности [3].
Известно, что на форму и длительность взрывного импульса оказывают влияние все свойства ВВ, но наибольшее -- скорость детонации и ширина зоны химической реакции. С уменьшением скорости детонации уменьшается пиковое давление
Таблица 1
ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ СМЕСЕВЫХ ВВ НА ПОКАЗАТЕЛИ ВЗРЫВА
Массовая доля ТРТ в смесевом заряде, % Скорость детонации ВВ, м/с Расчетное давление на стенки зарядной полости, ГПа Содержание мелких фракций (0-5мм), % Диаметр среднего куска, мм
0 5250 3,22 23,1 11,3
10 5150 3,10 20,8 12,1
30 4500 2,37 17,3 14,1
50 2800 0,92 13,2 17,1
головной части импульса и увеличивается длительность его нарастания. Увеличение зоны химической реакции приводит к уменьшению пикового давления головной части импульса взрыва и к увеличению его длительности, снижая диссипации энергии и переизмельчения породы в ближней зоне.
Этим требованиям в значительной степени отвечают игданиты, а также взрывчатые смеси, представляющие модернизированные варианты игда-нита, состоящие из невзрывчатых компонентов на основе аммиачной селитры, дизельного топлива и твердых горючих добавок.
В частности, при разработке флюсовых известняков Балаклавского рудоуправления широкомасштабное использование игданита [4] обеспечило равномерное дробление пород, причем выход товарной продукции за счет снижения объема переизмель-ченных фракций увеличился с 86 до 92 %.
Снижение бризантности ВВ в комбинированных зарядах (аммонит № 6 ЖВ и 80 % гранулита АС) при взрывании пород в условиях Докуча-евского флюсодоломитного комбината привело к уменьшению на 12-15 % объема переизмельченных пород по сравнению с зарядами, представленными полностью аммонитом № 6 ЖВ [5].
Замена высокобризантных дорогостоящих ВВ на ВВ простейшего состава решает две основные проблемы: сокращает объем переизмельчен-ной массы пород, обеспечивая ресурсосбережение при добыче флюсовых известняков и доломитов, а также сокращает расход дорогостоящих дефицитных компонентов высокобризантных ВВ.
Решение этой сложной технологической и экономической задачи осуществляется нами на основе разра-
ботки, испытания и внедрения в условиях карьеров Докучаевского флюсо-доломит-ного комбината взрывчатых веществ простейшего состава.
Как известно, основной причиной недостаточно широкого применения на карьерах взрывчатых веществ типа игданит (АС-ДТ) является низкая физическая стабильность состава и невозможность использования ВВ такого состава в обводненных породах. Как показала практика [5], селитра «Б» не способна удержать на поверхности гранулы и трещин более
2,5 масс %. дизельного топлива. Даже незначительное время нахождения смеси АС в скважинах может привести к отказам. На непористой селитре простейшие ВВ следует изготовлять непосредственно перед их применением.
Вопросы стабилизации игданита решаются различными путями. В частности, добавка в смесь АС-ДТ угольного порошка значительно увеличивает ее физическую стабильность. Аналогичные результаты были достигнуты при введении в состав смеси АС-ДТ порошка железорудного концентрата (КС-1).
Однако, решая в определенной мере задачу физической стабилизации взрывчатой смеси типа КС-1, мы не достигаем желанного результата в плане расширения области применения этих ВВ и, что самое главное, возможности применения простейших составов ВВ в обводненных условиях.
Расчеты и лабораторные исследования показали, что использование простейших ВВ на основе аммиачной селитры в обводненных условиях, а также повышение ее физической стабильности возможно за счет увеличения во взрывчатой смеси содержания порошка железорудного концентрата.
Контрольные испытания модернизированной взрывчатой смеси типа КС-1 подтвердили ее эффективность,
что позволило приступить к промышленным испытаниям простейшей бес-тротиловой взрывчатой смеси (ПБВС-2) в сухих породах Центрального и Доломитного рудников Доку-чаевского флюсодоломитного комбината.
Всего было произведено 6 экспериментальных взрывов (табл. 2). При этом высота уступа колебалась от 7,0 до 10,5 м, а величина перебура скважин -- 2,0-
2,5 м.
Во всех случаях отмечены высокое качество дробления пород и хорошая проработка подошвы уступа. Замер гранулометрического состава взорванной горной массы непосредственно после взрывов (по развалу горной массы) показал, что выход мелочи (фракции 0-5 см) на участках экспериментальных взрывов составил 9,3-14,2 % (табл. 3).
Следует отметить тот факт, что при массовых взрывах 27.7.2000 г. и 10.10.2000 г. соответственно на Центральном и Доломитном карьерах в
11 скважинах оказалась вода, уровень которой колебался от 1,5 до 4,5 м, что составляло 25-35 % от общей длины скважины.
Принимая во внимание, что плотность разработанной нами взрывчатой смеси ПБВС-2 близка единице, было решено зарядить обводненные скважины этой смесью в полиэтиленовых оболочках (рукавах).
Диаметр полиэтиленовой оболочки в этом случае был равен диаметру скважин. Технология заряжания в полиэтиленовые рукава известна: конец рукава завязывают, размещают в нем груз и опускают в скважину на полную глубину. После этого в
Таблица 2
Общая характеристика экспериментальных взрывов
№ п/п Дата и место взрыва (карьер) Номер блока Тип пород и коэффициент крепости, f Количество скважин Общая масса заряда, кг Удельный расход ВВ, кг/м3 Объем взорванной горной массы, м3
1 27.07.2000 г. Центральный № 45 50 м Известняк f=6 17 5020 0,66 7180
2 08.08.2000г. Центральный № 46 60 м Известняк f=6 37 13070 0,64 21630
3 09.08.2000 г. Центральный № 27 134 м Известняк f=10 50 8400 0,61 13140
4 14.09.2000 г. Центральный № 53 50 м Известняк f=5 55 13000 0,41 35140
5 10.10.2000 г. Доломитный № 24 117/107 м Известняк доломитизированный ^=8-10 22 6960 0,53 13050
6 13.10.2000 г. Доломитный № 17 57/47 м Известняк доломитизированный ^=8-10 22 6400 0,51 112380
оболочку засыпают ВВ, размещают промежуточный детонатор, а затем засыпают оставшуюся часть ВВ (до проектной массы). Для обеспечения надежности детонации возможна установка дополнительного инициатора в верхней части скважинного заряда.
Как показал анализ взорванной горной массы и проработки подошвы уступа на участках обводненных скважин, опыт использования неводоустойчивого ВВ простейшего состава для отбойки известняков и доломитов оказался успешным. Ситовый анализ взорванной горной массы показал, что выход фракции 0-20 мм составляет 15-20 %, что отвечает технологическим требованиям.
В последующем, когда при массовом взрыве 01.11.2000 г. для заряжания обводненных скважин (столб воды в скважинах составлял 5-6 м) взрывчатым составом ПБВС-2 использовали полиэтиленовые рукава диаметром 200 мм (при диаметре скважины 250 мм), в нескольких Таблица 3
скважинах были отмечены отказы (неполная детонация).
Предполагается, что причиной отказа отдельных скважин являются два основных фактора: во-первых, в результате вероятного порыва полиэтиленовых рукавов при опускании их в скважину во взрывчатую смесь поступила вода и флегматизировала заряд ВВ; во-вторых, диаметр заряда для взрывчатых ВВ простейшего состава, как показывает мировой опыт и расчеты, должен быть не менее 220-250 мм. В противном случае возможно затухание детонации.
Таким образом, при соответствующей технологии заряжания возможно эффективное использование неводоустойчивых ВВ простейшего состава в обводненных породах.
Известно, что эффективность взрывчатых веществ определяется их дробящим действием и стоимостью конкретного ВВ. Применительно к нерудным (флюсовым) полезным ископаемым весьма значимым явля-
ется влияние свойств ВВ на выход переизмельченных (мелких) фракций при взрывной отбойке.
Исходя из вышеназванных трех факторов, эффективность использования простейшего бестротилового взрывчатого состава ПБВС-2 при разрушении пород флюсовых известняков можно охарактеризовать следующим образом:
• энергетические показатели взрывчатых смесей простейшего состава аналогичные ВВ типа граммо-нит 79/21, обеспечивают качественное дробление пород средней и вышесред-ней крепости;
• являясь низкобризантными ВВ, взрывчатые бестротиловые смеси простейшего состава при взрыве образуют минимальную зону пластических деформаций, обеспечивая минимальный выход переизмельченных фракций;
• стоимость взрывчатых смесей простейшего состава исходя из энер-
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ВЗОРВАННОЙ ГОРНОЙ МАССЫ НА КАРЬЕРАХ ДФДК
гетических показателей, оказывается ниже промышленных ВВ с подобными характеристиками в 3-4 раза;
• являясь смесями ВВ из простейших компонентов, эти ВВ оказывают минимальный экологический вред ок-
ружающеи среде.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мельников Н.В. Повышение полезной работы взрыва при отбойке полезных ископаемых. Сб. Взрывное дело, № 54/11. - М.: Недра, 1964. - С.7-34.
2. Петренко В.Д., Коновал В.Н. О возможности использования продуктов взрывного измельчения скальных пород в качестве строительных материалов // Ж.. Металлургическая и горнорудная промышленность, № 2. - 1995. - С. 54-56.
3. Демидюк Г.П. Взрывные работы на карьерах / Развитие горных работ в СССР.- М.: Наука, 1968. - С.188-211.
4. Ресурсосберегающие технологии взрывного разрушения гор-
ных пород /Э.И.Ефремов, ВМ. Комир, И.А. Краснопольский, В.П. Мартыненко. - К.: Техніка, 1990. - 149 с.
5. К вопросу снижения некондиционных фракций на карьерах флюсовых известняков и стройматериалов / М.Ф. Друкованый, ВМ. Комир, С.Н. Родак и др.- К.: Наук. думка, 1973. - 50 с.
6. Опыт применения пористой гранулированной АС на предприятиях, ведущих взрывные работы //В.В. Маслов, Ю.А. Буланцев, А.А. Сидоренко и др. -Сб. «Взрывное дело», № 91/48, 1999. - С. 226-229.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------------------
Ефремов Э.И., Пономарев А.В., Николенко Е.В. - Национальная академия наук Украины.
