Исключение выхода негабарита из зоны СПП при взрывном дроблении гранитов на щебень на карьерах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© С.Н. Жаворонко, 2005

УДК 622.026:622.271.2 С.Н. Жаворонко

ИСКЛЮЧЕНИЕ ВЫХОДА НЕГАБАРИТА ИЗ ЗОНЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПО ПОДОШВЕ ПРИ ВЗРЫВНОМ ДРОБЛЕНИИ ГРАНИТОВ НА ЩЕБЕНЬ НА КАРЬЕРАХ*

ТЪ связи с интенсивным ростом в по-

-Я-М следние годы гидротехнического, транспортного и гражданского строительства происходит значительное увеличение потребления строительных материалов, в том числе и щебня. Наиболее высокими эксплуатационными и технологическими свойствами обладает гранитный щебень. Для подавляющего большинства разрабатываемых месторождений гранитов физико-техничес-кие свойства последних имеют следующие значения: плотность ргр =(2,6 + 2,8)-103 кг/м3; пористость П < 1% ; модуль упругости

Е = (5,2 + 8,1)-1010 Па; пределы прочности породы на одноосное сжатие и растяжение соответственно асж =(16 + 26)-107 Па и

арас =(6 + 13)-106 Па; крепость по М.М. Про-тодьяконову / = 15 ^ 22 .

Дробление гранитов на карьерах осуществляется взрывом зарядов промышленных ВВ (ПВВ) в скважинах диаметром <1зр = 220 и 250 мм.

Параметры БВР для взрывного рыхления гранитов рассчитываются, как правило, по известным методикам [1^5 и др.], обобщенные соотношения для которых по [6] представляются в виде:

МВВ = Чр 'V; Ш = к л! Р / Чр ; Ь = к2 -Ш ; а = т ■ Ь ; 1п6 = 0,3Ш ; 136 = 0,85Ш , (1)

где Мвв - общая масса зарядов ПВВ для взрываемого блока, кг; др - расчетный удельный

расход ПВВ, кг/м3; V = Ь ■ В ■ Н - объем взрываемого блока, м3; Ь и В - длина и ширина блока соответственно, м; Н - высота уступа, м; Ш - основной линейный размер взрывного дробления пород, м; Р - вместимость ПВВ в 1 м скважины, кг/м; а и Ь - расстояние между зарядами и рядами зарядов соответственно, м; 1п6 - глубина перебура, м; 1з6 - длина забойки, м; к1, кгт - известные коэффициенты, часто

принимаемые равными 1.

Расчеты параметров БВР по (1) являются ориентировочными, поскольку главный, основной параметр цр в этих соотношениях находится либо по таблицам [1, 2, 5], никак не связанным с физико-техническими свойствами разрушаемых пород, либо [3, 4] по неоднородным по размерностям весьма приближенным формулам.

Взрывное дробление гранитов на карьерах при добыче щебня сопровождается двумя негативными явлениями - выходом негабарита и отсева.

Объем отсева достигает 22^25 % всего объема дробимой горной массы. Стоимость отсева в 5^7 раз меньше стоимости кондиционных фракций щебня (10 < йкс < 70 мм, где йкс -диаметр куска). Поэтому непрерывно предпринимаются попытки снижения выхода отсева путем изменения параметров и конструкций зарядов ПВВ. В [6, 7] теоретически и экспериментально доказано, что выход отсева пропорционален Э - общей энергии зарядов и не зависит от их формы. То есть при заданном чр для применяемого ПВВ выход отсева будет один и

* Работа выполнена под научным руководством доктора технических наук профессора Г.М. Крюкова

70

тот же для зарядов разных форм: удлиненных сплошных, удлиненных с воздушными промежутками, сосредоточенных и т.д. Поэтому снижение выхода отсева может быть достигнуто только лишь за счет применения параметров БВР с уменьшенной величиной Э - общей энергией зарядов и будет предметом специального рассмотрения.

Выход негабарита при взрывном дроблении гранитов может достигать 10^15 %. Поэтому по широко применяемой методике В.К. Рубцова [8] после проведения опытных взрывов с параметрами БВР, рассчитанными по соотношениям (1), устанавливается реальный выход негабарита V* . Затем по формуле В.К. Рубцова

Ч* = V+\н , (2)

е е

где V* - содержание негабарита в массиве, %; VH - выход негабарита при опытных взрывах, % рассчитывается эффективный удельный расход . Подставляя в соотношения (1)

вместо чр , определяются параметры БВР, при

которых выход негабарита не превышает 2-н3 %.

Разделка негабарита требует дополнительных затрат времени и средств. Мало того, она сопровождается возникновением у бурильщиков профессиональных заболеваний, поскольку осуществляется, как правило, с использованием тяжелого ручного труда при бурении шпуров в негабарите. Установлено, что выход негабарита происходит из зон: забойки, СПП, нерегулируемого дробления между зарядами в блоке, а также из области между первым рядом скважин и боковой поверхности уступа. Однако общих принципов оценки выхода негабарита из этих зон и методов расчета параметров БВР, исключающих это явление, не сформулировано.

В настоящей статье описываются закономерности выхода негабарита из зоны СПП и сформулированы условия, при которых он будет исключен из этой зоны. Под СПП обычно понимается расстояние от заряда до точки пересечения боковой поверхности уступа с его подошвой. При расчетах параметров БВР величину СПП принимают равной

СПП = Ш. (3)

Отметим основные особенности взрывного разрушения горных пород по СПП.

1. Породы в зоне перебура, как правило, обводнены, поэтому в перебуре должно быть размещено водоустойчивое ПВВ.

2. Для обеспечения надежного разрушения породы по СПП обычно применяется перебур скважин на величину 1п6 = 1,2 + 1,8 м ниже уровня подошвы уступа.

3. В перебуре размещается нижний промежуточный детонатор на расстояниях 1-н1,2 м от забоя скважины, т.е. ниже уровня подошвы уступа на 0,2 ^0,6 м.

В породах при взрывах в них зарядов ПВВ происходят два основных процесса разрушения: интенсивное, регулируемое дробление и формирование магистральных трещин. В теоретических оценках [9], подтвержденных нашими экспериментальными исследованиями, установлено, что поверхность обнажения (боковая поверхность уступа) практически не влияет на основной процесс разрушения пород взрывом удлиненных зарядов, несмотря на то, что ее влияние приводит к существенному увеличению длин магистральных трещин. Следовательно, если в перебуре размещен заряд ПВВ, такой же, как и во всей остальной части скважины, то регулируемое дробление породы при выполнении условия (3) будет происходить только в зоне радиусом 0,5 Ш около заряда. Значит, из области ~0,5СПП около боковой поверхности уступа будет формироваться негабарит. Для исключения выхода негабарита из этой области необходимо существенно (в 2-^3 раза) повысить мощность заряда в перебуре или пробурить рядом вторую (спаренную) скважину. Однако, эти мероприятия приведут к существенному увеличению разлета кусков породы из этой зоны. Это явление может быть предотвращено применением "неподобранного забоя", т.е. взрывом зарядов "в зажиме".

Кроме того, необходимо учесть еще одно обстоятельство. В [10] показано, что взрывная волна и соответствующее квазистатическое поле напряжений, определяющее процессы разрушения пород, формируется в последних только детонационной волной, распространяющейся по заряду от точки инициирования. Разгон детонационной волны до автомодельной формы, имеющей максимальное пиковое значение давления, имеет место [11] на участках заряда 1рзг =( 3 + 4) . Следовательно,

максимально возможный процесс разрушения породы по СПП будет иметь место только в том случае, если нижний промежуточный де-

тонатор будет находиться выше или ниже подошвы уступа на расстояниях не меньше 4 йзр .

Нашими теоретическими оценками установлено, что радиус зоны регулируемого дробления породы около торцов зарядов имеет эллипсоидальную форму радиусом 0,63 ^ вглубь массива. Следовательно, для обеспечения максимально возможного разрушения породы по СПП необходимо, чтобы величина перебура была равна 1п6 > 0,37^ .

Проведенный анализ позволяет сформулировать следующие условия, исключающие выход негабарита из зоны СПП.

1. В перебуре применяется водоустойчивое пвв.

2. Длина перебура должна быть равна 1п6 > 0,37Ш .

3. Величина СПП должна быть равна 0,5ЩГ.

4. Взрыв зарядов в первом ряду скважин должен производиться при неподобранном забое.

5. Нижний промежуточный детонатор должен находиться выше или ниже подошвы уступа на расстояниях не меньше 4 йзр .

-----------------------СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авдеев Ф.А., Барон В.Л., Гуров Н.В., Кантор В.Х. Нормативный справочник по буровзрывным работам. 5-е изд. - М.: Недра, 1986, 511 с.

2. Афонин В.Г., Гейман Л.М., Комир В.М. Справочное руководство по взрывным работам в строительстве. - Киев.: Бущвильник, 1974, 382 с.

3. Кутузов Б.Н., Скоробогатов В.М., Ерофеев И.Е. и др. Справочник взрывника. - М.: Недра, 1988, 511 с.

4. Носков В.Ф., Комащенко В.И., Жабин Н.И. Буровзрывные работы на открытых и подземных разработках. Учебник. - М.: Недра, 1982, 320 с.

5. Друкованный М.Ф., Дубнов Л.В., Кутузов Б.Н., Ефремов Э.И. Справочник по буровзрывным работам на карьерах. - Киев.: НауковаДумка, 1973, 540 с.

6. Крюков Г.М. Модель взрывного рыхления горных пород на карьерах. Выход негабарита. Средний размер кусков породы в развале. Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня, №2, 30 с. - М.: МГГУ, 2005.

** Здесь Шпв рассчитывается по энергии заряда в перебуре

7. Крюков Г.М., Стадник В.В., Кондрашкин А.В., Дрозд ИИ Теоретические оценки и результаты экспериментальных исследований разрушения горных пород взрывом // Сб. статей и докладов. "Проблемы взрывного дела" №1. - М.: МГГУ-НОИВ, 2002, с.195-202.

8. Рубцов В.К. Исследование дробимости пород взрывами на карьерах//Дисс. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук. - М.: МГИ, 1971, 412 с.

9. Крюков Г.М., Глазков Ю.В. Теоретическая оценка разрушения горных пород при взрывах удлиненных зарядов. Доклад на Международном научном симпозиуме "Неделя горняка-2004", 26-30 января 2004 г.

10. Крюков Г.М., Глазков Ю.В. Феноменологическая квазистатическо-волновая теория деформирования и разрушения материалов взрывом зарядов промышленных ВВ. Отдельные статьи Горного информационноаналитического бюллетеня №11, - М.: МГГУ, 2003, 67 с.

11. Физика взрыва. Под ред. Станюковича К.П. -М.: Наука, 1975, 704 с.

— Коротко об авторах

Жаворонко Сергей Николаевич — соискатель генеральный директор «ПСУ Гидроспецстрой», Московский государственный горный университет.