CC BY
98
© Ю.В. Горлов, В.Н. Игнатов, Д.Ю. Горлов, И.Ю. Шум,
2010
УДК 622.235
Ю.В. Горлов, В.Н. Игнатов, Д.Ю. Горлов, И.Ю. Шум
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЗОНЫПЕРЕИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ВОКРУГ СКВАЖИННОГО ЗАРЯДА
Рассматриваются теоретические вопросы определения радиуса зоны переизмель-чения горных пород вокруг скважинного заряда. Предлагается формула для расчета и анализируется зависимость радиуса зоны переизмельчения от ряда параметров.
Ключевые слова: скважинный заряд, горные породы, зона переизмельчения (сжатия).
звестно, что при взрыве образуется зона сжатия, в которой скальные и полускальные породы пере-измельчаются, а плотные и мягкие глинистые породы уплотняются. При этом преодолевается сопротивление пород сжатию.
Для оценки потерь мелкораздробленных частиц, попадающих в пылегазовое облако в момент взрыва на карьере и переносимых потоками ветра на большие расстояния, необходимо определить зону переизмельчения (сжатия) горных пород вокруг заряда. При взрывании скважинных зарядов на дробление радиус зоны сжатия может составлять, по некоторым данным [1], от 1 до 7,5 диаметров заряда.
Различные виды действия взрыва проявляются в пределах определенной зоны. При взрыве одиночного сосредоточенного заряда зона действия взрыва принимается сферической формы, а для удлиненного заряда она принимает цилиндрическую форму.
Разнообразные формулы, выражающие параметры взрывных волн в различных средах при взрыве сосредоточенных зарядов используют в качестве одного из
3
аргументов величину Q/R , где Q - масса заряда (энергия взрыва) и R - расстояние от центра заряда (места взрыва). Для удлиненных зарядов в формулах используют в качестве аргумента отношение 2
Q/(R L), где L - длина заряда. Величины
32
R и R L пропорциональны объему зоны действия взрыва - V. Отношение Q/V -удельный расход взрывчатого вещества является основной расчетной характеристикой ВВ и горных пород в практических условиях.
Довольно часто применяется в расчетах следующее соотношение
м = р =
Q рт RO,
где Rp - радиус разрушения массива; Ro -радиус заряда, приведенного к форме шара; РГ - начальное давление продуктов взрыва; РР - давление, при котором начинается разрушение среды (РР = стсж); М - масса разрушаемой среды.
Из теории точечного взрыва [2] следует, что вблизи заряда избыточное давление в ударной волне обратно пропорционально кубу расстояния от центра заряда. Если породная среда, так или
иначе, разрушается под действием высокого давления взрыва, то такое разрушение должно произойти в пределах некоторого радиуса. Следовательно, радиус разрушения массива вокруг заряда в форме шара равен
Rp = Ro^
(1)
Рд =
PO • V • Те • Qее
V • т
(2)
4
Vp = л RP - RO ).
(З)
VP = 4 л Р 3
^ROp З - RO
V ст„б
У
= - .RO
3 O
р.
-1
V ст„б
VP = .• 1,Ат •( Гр2 - rO ) ,
(5)
Считая, что объемы разрушенной породы при взрыве сферического и цилиндрического зарядов ВВ одинаковой массы получаются равными, можно приравнять друг к другу правые части формул (4) и (5), а из полученного тождества определить г. В результате получается следую-
щее равенство
Возможное расчетное давление газообразных продуктов взрыва определяется по формуле [3]
4 .• RO
3 O
(
Р„
-1
= .• 1
•( Гр2 - rO ),
из этого следует, что
4 • R3
(
3 • l
Р„
-1
где р0 - атмосферное давление; VГ - объем газов, образующихся при взрыве; Vз -объем зарядной камеры, включающий объем взрывчатого вещества и воздушных промежутков; QВВ - масса заряда ВВ в скважине (^вв = Vз■A = %-го2-!зар-А ); Тв - температура взрыва; Тср - температура окружающей среды, в которой происходит взрыв.
Объем переизмельченной породы вокруг заряда в форме шара определяется из выражения
(б)
Радиус сферического заряда можно определить по формуле
Rr, = Л3
3 • Qее
4 •.•A
(7)
где А - удельная плотность заряжания ВВ.
Заменяя в формуле (6) РГ и RО их значениями из формул (2) и (7) получаем уравнение
Qе
(
л • A-1
PO • • Те • Q
V •Т •ff«
Л
-1
+ Гг,
Подставив значение Rp из формулы (1) в (3) получим
(8)
или
Po • • Те • Q
v-t,t ^„б
(9)
(4)
где стсж - предел прочности горных пород на сжатие.
Объем переизмельченной породы вокруг цилиндрического заряда скважины можно определить по формуле
При отсутствии воздушных промежутков в скважине, нормальном атмосферном давлении (р0 = 0,101 МПа) и температуре окружающей среды (Тср= 18 °С) формула (9) приводится к виду
3,47• 10 • Va • Те •A
(10)
где Го - радиус заряда; Гр - радиус зоны сжатия (переизмельчения); ¡злр - длина скважинного заряда.
б
Гр
ГР =
ГР rO
ГР _ rO
б
И
Показатели Ед. Варианты расчета
изм. I II III IV V
1 2 3 4 5 6 7
Предел прочности горной породы на сжатие, <зсж МПа 30 50 100 150 200
Коэффициент крепости породы по Протодьяконову, f - 4 6 9 12 15
Высота взрываемого уступа, Н м 10 10 10 10 10
Удельный расход ВВ, q кг/м3 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
Диаметр скважины, dс м 0,125 0,165 0,190 0,215 0,245
Радиус заряда, го м 0,0625 0,0825 0,095 0,1075 0,1225
Удельная плотность заряжания ВВ, А кг/м3 1000 1000 1000 1000 1000
Удельная вместимость скважины, Р кг/м 12,2 21,3 28,3 36,3 47,1
Линия сопротивления по подошве, W м 5,7 6,6 6,8 7,0 7,4
Длина забойки, 1ЗАБ м 3,7 3,8 3,9 4,0 4,2
Длина заряда, 1ЗАР м 7,2 7,5 7,8 8,1 8,4
Длина перебура, 1П м 0,9 1,32 1,7 2,1 2,59
Расстояние между скважинами, а м 5,15 6,1 6,5 7,0 7,6
Коэффициент сближения зарядов, т - 0,9 0,92 0,96 1,0 1,03
Объем зарядной камеры, УЗ м3 0,088 0,16 0,22 0,294 0,395
Масса заряда в скважине, QВВ кг 88 160 220 294 395
Объем горной массы на одну скважину, Уск м3 293 400 440 490 564
Радиус зоны переизмельчения, гр м 0,361 0,370 0,301 0,278 0,275
Объем переизмельченных (вокруг заряда) пород в горной массе, Уп м3 2,858 3,064 1,998 1,667 1,579
Отношение Уп / Уск % 0,98 0,77 0,45 0,34 0,28
Отношение гр / d - 2,9 2,24 1,58 1,29 1,12
"О.
■'О.
''О.
'А.
Ж
30 МПа 50 МПа 100 МПа 120 МПа 150 МПа 200 МПа
Диаметр скважины d, м
Рис. 1. Зависимость радиуса зоны сжатия (переизмельчения) горных пород от диаметра скважинного заряда и прочности пород на сжатие
Из формул (8-10) следует, что радиус зоны переизмельчения горных пород вокруг скважинного заряда зависит, в первую очередь, от свойств разрушаемой среды (асж), параметров взрывания (го , VЗ , QВВ), а также типа ВВ (УГ , ТВ, Д ) и атмосферных условий (р0 , ТСР).
Теоретические расчеты радиуса зоны переизмельчения по формуле (10) при взрывании аммонитом №6ЖВ различных по крепости горных пород скважинными зарядами без воздушных промежутков и нормальном атмосферном давлении р0 = 0,101 МПа, ТСР = 291 К, Ур = 0,895 м3/кг, Тв = 3237 К, приводятся в таблице. На рисунке изображены графики зависимости радиуса зоны сжатия (переизмельчения) горных пород от диаметра скважинного заряда и прочности пород на сжатие. Расчет параметров скважинных зарядов производился согласно «Технические прави-
ла ведения взрывных работ на дневной поверхности».
Анализ расчетов показывает, что величина радиуса зоны переизмельчения (сжатия) горных пород вокруг скважинных зарядов значительно возрастает с увеличением диаметра скважины или снижением прочности пород, и менее заметно увеличивается при понижении окружающей температуры воздуха или повышении атмосферного давления.
Большое влияние на величину радиуса переизмельчения пород вокруг скважинного заряда оказывает объем зарядной камеры. При увеличении объема зарядной камеры, за счет рассредоточения заряда воздушными промежутками, радиус зоны сжатия уменьшается.
Найденные на основе теоретических исследований зависимости изменения радиуса зоны переизмельчения от выше перечисленных параметров хорошо согласовываются с результа-
тами натурных наблюдений пылеобра- взрывов на карьерах, а также с выво-зования при производстве массовых дами многих исследователей [4].
1. Ржевский В.В. Физико-технические параметры горных пород.- М.: Наука, 1975.- 212 с.
2. Покровский Г.И. Взрыв.- М.: Недра, 1980. - 190 с.
3. Бычков Г.В. К вопросу о расчете начального давления продуктов взрыва // Изв. вузов. Горный журнал.- 1992.- № 9.- С. 117-122.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Гашков В.Ф., Кошарнов М.Ф., Кравчук И.Л. Методические и физические основы рекомендаций по снижению пылегазовых выбросов при взрывных работах на разрезах //Уголь, 1991. - № 10. - С.44-47. Ш
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------
Горлов Ю.В. - кандидат технических наук, доцент кафедры ОРМПИ,
Игнатов В.Н. - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой ОРМПИ, Горлов Д.Ю. - аспирант,
Шум И.Ю. - аспирант,
Южно-российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), ngty@novoch.ru
--------------------------------------------------------------------- ПРЕПРИНТ
ОТДЕЛЬНАЯ СТАТЬЯ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
Бадам Б., Белин В. А., Белин В.А., Дугарцыренов А.В., Камолов Ш.А., Левкин Ю.М., Трусов А.А., Хадхуу Ж., Цэденбат А. Маркшейдерское обеспечение взрывных работ: Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технический журнал). — 2009. — N& 12. — 46 с. — М.: Издательство «Горная книга».
Представлены результаты маркшейдерского обеспечения взрывных работ на месторождениях с различным строением массивов горных пород. Рассмотрены проблемы взрывания мерзлых, разнопрочных и слоистых массивов, а также массивов с мерзлыми включениями. Даны рекомендации по обеспечению качества рыхления указанных массивов.
Для специалистов горного производства, может быть использована в горном образовании.
Badam B., Belin V.A., Belin V.A., Dugartsyrenov A. V., Kamolov S.A., Levkin J.M., Trusov А.А., Hadhuu J., Tsedenbat A. MINE SURVEYOR MAINTENANCE OF EXPLOSIVE WORKS
There are presented the results of mine surveyor maintenance of explosive works on deposits with various structure of rocks massifs. There are considered the problems of detonation of frozen, various-strength and schistose massifs, and also massifs with frozen inclusions. Recommendations about maintenance of quality guaranteeing of the specified massifs are made.
For experts of mining manufacture, can be used in mining education.
--------------------------------------------------- © Ю.В. Горлов, В.Н. Игнатов,
Д.Ю. Горлов, И.Ю. Шум, 2010
80
