CC BY
27
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ “НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97"
МОСКВА, МГГУ, 3. 02. 97 — 7. 02. 97 СЕМИНАР 2 “РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ"
Б.Н. Заровняев, Г.О. Киприянов,
B.C. Сорокин, А.А. Ларионов
Якутский государственный университет им. М. К. Аммосова
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОТКОЛА КРУПНОГАБАРИТНЫХ БЛОКОВ ОТ МАССИВА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД
Результаты теоретических исследований откола и придания блоку начального импульса кинетической энергии взрывом заряда ВВ /1-3/, также богатый опыт взрывного раскалывания строительных материалов показали принципиальную возможность откалывания и перемещения крупногабаритного монолитного блока от массива мнголетнемерз-лых осадочных пород. Однако процесс взрывного раскалывания мерзлых горных пород не изучен, многие явления, сопровождающие его не исследованы.
Наличие в составе вскрышных пород льда-цемента, газообразных компонентов и незамерзшей воды снижает механический эффект взрыва, который наиболее сильно проявляется при небольших значениях отрицательной температуры пород. При этом, процесс взрывного разрушения осадочной мерзлой среды отличается тем, что под действием взрывной волны в ближайшем к заряду слое происходят разрушение, расплавление, течение и испарение парового льда, что приводит к разрыву его связей с минеральными частицами. В результате разрушаемая порода становится более пластичной, и ее деформация обусловлена необратимыми сдвигами частиц, их разрушением и переукладкой по мере расширения полости. При этом значительно уменьшается пористость осадочных многолетнемерзлых пород в результате переукладки скелета мерзлой среды, расплавления цементирующего льда и его
сублимации в пар вместе со связанной водой. В этой стадии взрывная полость достигает своего предельного положения, определяемого сжимаемостью и прочностной характеристикой пород в условии взрывного нагружения. Установлено, что в ближней зоне поглощается значительное количество энергии взрыва (85-95 %), что снижает эффективность воздействия ее на дальние зоны. Оценку эффективности действия взрыва производили величиной удельной поверхностной энергии разрушения ц5, представляющей собой количество ВВ на единицу вновь образуемой поверхности. Установлено, что наибольшая величина наблюдается в диапазоне температур от 0 °С до -3 °С, что свидетельствует об увеличении расходуемой энергии на пластические деформации при этой температуре из-за перехода материала образца в вязкопластическое состояние.
Параметры образовавшейся полости изменяются под влиянием вязкопластических свойств мерзлых пород. По результатам экспериментов, предельный относительный радиус полости составляет от 3 до 6,5 Язар, при температуре пород -1,5 °С и выше. Радиус зоны уплотнения и вязко-пластической деформации достигает 17 Язар. Таким образом, взаимодействие двух зарядов может быть достигнуто при расстоянии между ними от 3-6,5 с!з до 17 с!з.
На основании выполненных исследований оценена потеря энергии в ближ-
ней зоне взрыва. В случае применения высокобризантных ВВ (5000 м/с) энергозатраты на образование полости и зоны пластических деформаций составляют не менее 95 % от потенциальной энергии ВВ. Со снижением скорости детонации до 3500 м/с поглощение энергии взрыва в ближней зоне несколько уменьшается и потери ее не превышают 85 %. Это позволит сохранить откалываемый массив крупногабаритного блока.
Для установления закономерностей направленного раскола мерзлых осадочных пород энергией взрыва в лабораторных условиях на образцах из мерзлых пород исследованы влияния форм, параметров и взаиморасположение зарядов на формирование и отделение крупногабаритных блоков от массива многолетнемерзлых осадочных горных пород. Оценку эффективности взрывного раскола производили по суммарной длине вновь образовавшихся трещин (Ьтр), считая, что при буровзрывной технологии раскола, оптимальная длина вновь образованных трещин должна стремиться к длине раскалываемого участка (1р) (базе раскола), т.е. при эффективном взрыве должно соблюдаться условие
^тр => 1Р-
При этом введен показатель раскола
Крас — ^ 1-<тр I 1р’
оптимальное значение которого равно 1. В результате установлена зависимость ЕЬгр от расстояния между зарядами (рис. 1), который показывает, что оптимальное расстояние между центрами зарядов для направленного трещинообразования находится в пределах от 8 -10 ёз до 15 -16 сЬ
Физические явления взрывного откола блоков осадочных многолетнемерзлых пород существенно отличаются от раскола блоков при добыче блочного камня. При расколе блочного камня объем зоны пластических деформаций настолько незначителен, что затратами
- : \ 0 ' \ '■■■ \ V'
V: ] \
0 2 4 6 8 10 ’2 14
Рис. 1. Зависимости показателя раскола от расстояния .между шпурами в диаметрах заряда:
1 - экспериментальная; 2 - лабораторная
энергии на эти деформации можно полностью пренебречь. В результате основная часть энергии заряда трансформируется в массив, вызывая его сотрясение, трещинообразование и смещение. Отсюда целесообразность применения шпуров малого диаметра, строчечного бурения, специальных зарядов и других мероприятий.
В мерзлом массиве основная часть энергии затрачивается на пластическое деформирование ближней зоны взрыва, тем самым сохраняя дальние зоны массива. Это обстоятельство позволяет осуществить раскол массива осадочных многолетнемерзлых пород по плоскости, проведенной через ряд скважин. При этом взаимодействие зарядов обеспечивается расстоянием между ними, физическая сущность которого объясняется взаимодействием зон взрыва.
Экспериментальные исследования были проведены на полигоне, где вскрышные породы представлены двумя слоями: разнозернистыми песками мощностью 2,2 м (сгеж = 12.8 ± 1.16 МПа; арас= 1.97 ± 0.84 МПа, Е = 0.63 ± 0.18 103 МПа) и слабоцементированными мелкозернистыми глинистыми песками мощностью 4 м (стсж = 14.3 ± 1.26 МПа; арае= 1.98
± 0.84 МПа, Е = 0.73 ± 0.20 103 МПа). Влажность пород - 24 %, температура пород в массиве - 6 °С. На площадке пробуривались наклонные шпуры диаметром 42 мм и заряжались патронированным аммонитом № 6 ЖВ. При этом расстояние между шпурами составляло от 6 с!з (0,21 м) до 18 с13 (0,64 м). Серии составляли 4 группы, включающие по 4 скважины, которые взрывались послойно. Толщина откалываемого слоя - 0,5 м, глубина шпуров - 1,7 м. Были использованы 2 конструкции зарядов: I - гирлянда на ДШ из целых патронов, вес шпурового заряда составил 0,75 кг; II - гирлянда на ДШ из 1/2 патронов аммонита №6 ЖВ, через 0,4 м, что позволяло распределить энергию заряда более равномерно по высоте откалываемого массива. Результаты взрыва оценивались показателем раскола. За базу раскола принимали расстояние от торца забоя до последнего шпура группы. Установлена зависимость Кр от расстояния между шпурами (рис. 1)
Кр= с1з-2636 626,5 (1)
и Кр от удельного расхода ВВ на единицу площади откола кг/м2)
Кр = 4,197 Яз- 1,38. (2)
При интерпретации результатов следует учесть, что минимальное значение Кр, обеспечивающее направленный раскол, равно 1. Меньшие значения Кр означают, что в результате взрыва длина
магистральных трещин меньше, чем база раскола, то есть не обеспечивается откол блока. Поэтому qs, обеспечивающие Кр < 1, рассматриваются как недостаточные. Учитывая это обстоятельство, установлен удельный расход на площадь откола qs = 0,58 - 0,69 кг/м2, (Кр = 1,04 - 1,07 ), который обеспечивается расстоянием между зарядами 10-12 ёз.
Разработка технологии направленного откола и перемещения части вскрыши крупногабаритными блоками позволяет сократить удельный расход ВВ на их формирование и перемещение до 0,45 кг/м3. Таким образом, значительно сокращаются энергозатраты на вскрышные работы в условиях многолетней мерзлоты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патент РФ 1677317. Способ внутреннего отвалообразования. Авторы Заровняев Б.Н., Добровольский Г.Н., Павловцев С.Н. и др., заявлено 24.04.89. Опубл. 15.09.91, бюлл. № 34, -133 с.
2. Заровняев Б.Н. Введение в научные основы разработки пологих месторождений крупногабаритными блоками. - Новосибирск.: Наука, 1996. - 91 с.
3. Заровняев Б.Н., Киприянов Г.О., Ларионов А.А., Сорокин B.C. Технология ведения открытых горных работ крупногабаритными блоками // Сб. докл.: Междунар. конфер. по откр. горным, землян., дорожным работам, М., 1994. -с. 100 - 104.
© Б.Н. Заровняев, Г.О. Киприянов, B.C. Сорокин, А.А. Ларионов
