Методика расчета параметров развала отбитой породы на карьерах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.271 С.В. Копылов

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ РАЗВАЛА ОТБИТОЙ ПОРОДЫ НА КАРЬЕРАХ

Семинар № 3

ш Я ри отбойке горных пород взрывом

И скважинных зарядов на карьерах формируется развал отбитой горной массы на уступах. Параметры развала оказывают существенное влияние на последующие технологические операции горного производства и на безопасность работ. На протяжении десятилетий многие исследователи занимались изучением закономерностей формирования развала отбитой взрывом горной массы и определением его рациональных параметров [1-4]. Из-за сложности природы этого физического процесса он еще недостаточно изучен.

Нами предложена методика расчета параметров развала на карьерах на основе разработки и использования компьютерных программ.

Поперечное сечение отбиваемого блока по линии скважин условно разбивается на множество мелких элементов, образующихся пересечением прямых, параллельных почве уступа и параллельных откосу уступа. (рис. 1).

Для расчета формируется основная неподвижная система координат Х_Х. Начало координат совмещается с точкой пересечения последней скважины с нижней площадкой уступа. Ось X проходит по нижней площадке уступа. Ось 2 проходит вдоль последней скважины (рис. 1). Ось 2 можно провести в любом другом месте, если это потребуется для удобства решения задачи.

Траектория полета куска описывается формулой

= + хЛ

2ын СОБ в

(1)

Рис. 1 Траектория полета куска

где хі - координата движения куска; 2н - координата центра тяжести куска; ин - начальная скорость полета куска; в - начальный

угол вылета куска из массива.

Расчет полета каждого куска осуществляется в собственной подвижной системе координат х_г. Координаты центра тяжести каждого куска

х0 = 0 ; ін = Н — іак + 0,5ак , (2)

где і - порядковый номер строки в столбце; Н-высота уступа, м; 1н — начальная высота бросания этого куска, м; ак - линейный размер ячейки, м.

В процессе полета куска подвижная система координат, в которой кусок находится, перемещается относительно неподвижной системы. Определяются координаты в неподвижной системе начала подвижной координатной системы

X* = ^ — тіак — 2н с1%а + 0,5ак

(3)

Рис. 2. Схема специфических расчетных зон

где N - число скважин в сечении; ті - номер столбца, начиная от откоса уступа; а - угол откоса уступа, град.

По признакам направления полета куска и наличию препятствия для полета, вокруг каждой скважины выделяются пять зон, математический аппарат описания процесса в которых имеет существенные различия. Необходимо тщательно следить при выполнении расчетов за переходом из одной зоны в другую (рис. 2):

1 зона расположена в сферической части впереди скважины. Из этой зоны куски вылетают из массива под разными углами и падают на площадку уступа или на растущий развал породы впереди скважины;

2 зона находится в цилиндрической части впереди скважины. Из этой зоны куски вылетают из массива под углом в = 0 и падают на

площадку уступа или на растущий развал породы впереди скважины;

3 зона расположена в сферической части позади скважины с выходом на площадку верхнего уступа. Куски породы вылетают из массива и падают на выше лежащий уступ, образуя обратный выброс породы.

4 зона находится в сферической части позади скважины. Вылетающие из этой зоны куски ударяются о массив и сползают по откосу вниз;

5 зона находится в цилиндрической части позади скважины. Все элементарные объемы вылетают из массива под углом в = 180° и, ударяясь о неразрушенную часть массива, сползают на почву уступа.

В сферических зонах определяются два опорных угла. Эти углы будут справедливы для всех скважин в выбранном сечении (рис. 2).

Первый опорный угол

Д* = агеі%

Н

w-------

і%а

Второй опорный угол в; = 180° - агсі% ^ 1™Н^а

(4)

(5)

где Ьзаб - длина забойки, м; w - линия наименьшего сопротивления (ЛНС), м;

Направления полета куска определяется в зависимости от принадлежности его к той или иной зоне.

Для кусков в 1 зоне

^ N

- 2^

в = агсі^

х;- Nlw

(6)

где Хзаб - координата плоскости, проходящей

по границе «верх заряда - низ забойки».

Для кусков в 3 и 4 зонах слева от действующей скважины

в = 180° - агсі^

-

(7)

N - х 1

Для кусков во 2 зоне, цилиндрической, справа от скважины в = 0 .

Для кусков в 5 зоне, цилиндрической, слева от скважины в = 180° .

Расстояние до границ зоны действия скважинного заряда, для кусков, находящихся во второй зоне вычисляется по формуле

w* = w -( + 0,5^ ) а. (8)

Если угол вылета куска из разрушаемого массива находится в пределах 0 Р в Р в*, то

* w -(2Н + 0,5ак ) с^а

008 в

(9)

Для кусков, угол вылета которых лежит в

диапазоне Д* Р в Р (180° — вг) расстояние

до границы действия скважинного заряда вычисляется по формуле

. z + 0,5a,

w =—------ —- . (10)

sin в

Если направление полета куска лежит в пределах в f (l80° — Р*2) , то

г (zH + 0,5ak ) ctga

w =^—:—k> & . (ii)

cos в

Начальную скорость полета куска, расположенного в цилиндрической части, можно определить по формуле

Uh =18 .3

P

bw*a,r

(12)

V

uH = 65

2

P

2Lзаб + b 10,5bw*a,

(13)

Zi+1 = Zi + 1,3ak .

По формуле n = n+,

(16)

(17)

где w - расстояние от скважины до края зоны ее действия по направлению полета куска, м; Р - вместимость 1 п.м. скважины, кг/м; Ь - расстояние между рядами скважин, м.

Расчет начальной скорости полета куска для сферической части определяется по формуле

к к ■

В процессе расчета на каждом шаге определяется координата летящего куска в неподвижной системе координат по формуле

Хі = ^ - і*N - zнctgа + 0,5ак + хі. (14)

Здесь і* - это номер столбика.

В числовом массиве, созданном до начала расчета, по значению Хі находим 2І и сравниваем его значение с 2І. В том случае если

2 < 2,, (15)

цикл считается завершенным. Кусок упал на поверхность уступа или на развал породы, или на верхний уступ. С учетом коэффициента разрыхления пород в навале определяем новое значение 2:+, .

переходим к расчету следующего куска.

После окончания расчета кусков, принадлежащих к первому столбику, т.е. пі > 15 , переходим к расчету кусков, находящихся в следующем столбике.

т = т+1. (18)

Завершив расчет кусков, относящихся к первой скважине по формуле w

т, >-----, (19)

ак

переходим к расчету кусков, относящихся ко второй скважине.

После завершения перебора всех расчетных объемов кривая, построенная по новым значениям 2І для всех значений Хі , будет представлять собой верхний контур развала породы.

Предлагаемая методика расчета позволяет рассчитать параметры развалов породы различной формы без использования геометрической модели развала. Форма развала может принимать любые очертания, максимально приближенные к производственным условиям. Формирование развала происходит в процессе падения кусков на почву уступа или на изменяющийся контур развала.

Отличительными признаками предлагаемой методики расчета от всех существующих методик являются:

1. Возможность применения данной методики на любых карьерах горнорудной промышленности.

2. При расчете параметров развала задается разная начальная скорость вылета кусков.

3. Запрограммировав изложенный алгоритм и раскрасив малые объемы, мы получим возможность оценки перемешивания горных пород в развале.

4. В объеме, отбиваемом скважинным зарядом, выделено пять индивидуальных расчетных зон, математический аппарат которых имеет существенные различия.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Викторов С.Д., Казаков Н.Н., Закалинский В.М. Анализ методов управления процессов разрушения горных пород взрывом. // Горн. журн. - 1995. - №7. - С. 46-47.

2. Гальянов А.В., Рождественский В.Н., Блинов А.Н. Трансформация структуры горных массивов при взрывных работах на карьерах. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1999.

3. Рождественский В.Н. Влияние числа рядов скважин на ширину развала при многорядном короткозамедленном взрывании. // Труды ИГД МЧМ СССР. -Свердловск, 1990.-Вып.89.- С.40-44.

4. Рождественский В.Н. Исследования эффективных способов управления развалом взорванной горной массы на карьерах. // Проблемы горного дела: Сб. научн. тр. / ИГД УрО РАН. - Екатеринбург, 1997.-С.283-290.

— Коротко об авторах

Копылов С.В. - Институт проблем комплексного освоения недр РАН.

------------------------------------------- © А.М Демин, Н.П. Горбачева,

А.Б. Рулев, 2005

УДК 622.271

А.М. Демин, Н.П. Горбачева, А.Б. Рулев

ДИНАМИКА РАЗДЕЛЕНИЯ ПРИОТКОСНОГО МАССИВА НА БЛОКИ ПРИ ОПОЛЗНЯХ

Семинар № 3

ыбранный объект исследования -карьеры Кивдо-Райчихинского месторождения бурого угля - отвечает требованиям натурного моделирования по следующим соображениям:

1. Месторождение пластового типа с горизонтальным залеганием слоев, поэтому отпадает необходимость учитывать влияние наклона пластов на устойчивость откосов уступов.

2. Месторождение сложено довольно однородными песчано-глинистыми отложениями, в которых крупность песков постепенно уменьшается с глубиной, а глины представлены песчанистыми разностями.

3. В основании уступов залегает продуктивный угольный пласт мощностью 5-6 м, покрытый тонким слоем (1-2 м) плотных глин.

4. Водоносный горизонт расположен среди песков, слагающих надугольную толщу. Этот горизонт напорных вод оказывает влияние на обводненность карьеров и устойчивость горных выработок.

5. В процессе отработки карьеров угол наклона уступов оставался практически постоянным, равным 46о-47о.

6. Высота уступа изменялась в широких пределах от 14 до 41 м, а количество оползней 37 достаточно представительно.

7. Оползни изучались на двух карьерах Северо-восточном и Широком, отличающихся крупностью песков в верхней части разреза.