CC BY
23
УДК 635.232
Ю.А. Масаев
КузГТУ
В.П. Доманов
ОАО «НЦ ВостНИИ» О.В. Зиберт
КузГТУ
Направление по совершенствованию ассортимента взрывчатых веществ для угольных шахт
Оценивается зависимость удельного расхода взрывчатого вещества от его основного показателя - теплоты взрывчатого превращения, обоснован выбор ВВ по этому показателю, показана необходимость совершенствования новых составов с позиции экономической целесообразности.
Ключевые слова: БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ, ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА, ГЛУБИНА ШПУРА, ТЕПЛОТА ВЗРЫВА, УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ВВ, ДРОБИМОСТЬ ПОРОДЫ, СКОРОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ ВЫРАБОТКИ
Yu.A. Masayev, V.P. Domanov, O.V. Zibert. Development trend for explosives choice for coal mines.
Consumption of explosives is evaluated depending on it's main property - heat of explosion conversion, choice of explosive's proof according to this quality, the necessity to improve new compositions from economic point of view is shown.
Key words: drill and blast works, explosives, depth of blast hole, explosion heat, explosive specific consumption, rock crushability, developing speed
Буровзрывные работы (БВР) являются одним из основных способов разрушения горных пород при добыче полезных ископаемых. Они также выделяются из всех технологических процессов повышенной опасностью и трудоемкостью.
Эффективность и безопасность буровзрывных работ зависят от многих факторов, основными из которых являются энергетические параметры взрывчатого вещества, свойства горных пород и технология производства.
Основными проблемами при проходке горных выработок с использованием буровзрывных работ в угольных шахтах являются:
- низкая производительность труда, усложняющая решение вопроса подготовки новых горизонтов и новых выемочных полей;
- низкая скорость сооружения выработок, приводящая к увеличению сроков строительства, а, следовательно, к увеличению капитальных вложений;
- недостаточный ассортимент взрывчатых веществ для угольных шахт. В настоящее время в угольных шахтах на протяжении многих десятилетий применяют ВВ третьего класса - аммонит АП-5ЖВ, ВВ четвертого класса - аммонит ПЖВ-20, ВВ пятого класса - угленит-Э-6.
Основой повышения качества взрывных работ и в конечном итоге скорости проведения выработок являются правильный подбор ВВ для конкретных горно-геологических условий и параметры буровзрывных работ (глубина шпуров, схема расположения, порядок взрывания и т.п.), при которых создаются максимальные условия формирования импульса взрыва в зарядной полости. Очевидно и доказано, что из всех показателей взрывчатого превращения основным является теплота взрыва. Однако за главный критерий при разработке проектов и паспортов буровзрывных работ (БВР) большинство авторов принимают трудоемкость бурения шпуров, отнесенную к 1 м под-вигания выработки. При этом при существующих общепринятых методиках расчета практически не учитывается влияние теплоты взрыва ВВ на основные параметры БВР (глубина шпуров, число шпуров, удельный расход ВВ, коэффициент использования шпура, качество дробления). Объясняется это ограниченной номенклатурой предлагаемых промышленностью ВВ для конкретных условий, отсутствием в технических требованиях на разработку новых ВВ этого важного показателя.
Данными исследованиями установлено, как влияет энергетический потенциал ВВ, оцениваемый теплотой взрыва , на обеспечение наилучших результатов при буровзрывных работах.
При разработке паспортов БВР обычно его параметры устанавливают, исходя из горногеологических и физико-механических свойств горных пород, кливажа и угла залегания пластов, назначения и обводненности выработки, ее сечения и других факторов. Кроме этого, по проекту для паспорта БВР рассчитываются и учитываются:
- количество и расположение шпуров в забое;
- тип вруба;
- взрывчатые характеристики ВВ;
- удельный расход ВВ;
- необходимая кусковатость породы;
- требования к оконтуриванию проектного сечения выработки;
- технические средства для бурения шпуров и их заряжания;
- механизмы для погрузки отбитой массы и ее транспортирования и пр.
В совокупности эти факторы должны обеспечить минимальные трудовые и материальные затраты, отнесенные к 1 м подвигания выработки за цикл, учитывать оптимальную последовательность выполнения операций проходческого цикла. Например, глубина шпуров должна определяться из минимальных затрат времени и материалов на проходку 1 м выработки и т.п.
Характер изменения удельного расхода ВВ по группам шпуров различной глубины на примере проведения полевой выработки по породам крепостью до 7-8 по шкале проф. М.М. Прото-дьяконова приведен в таблице 1.
Таблица 1 - Изменение удельного расхода ВВ в зависимости от их теплоты взрыва при использовании ВВ в шпурах глубиной от 1,5 до 3,0 м
Глубина шпура, м Теплота взрыва ВВ, Удельный расход ВВ, Разница в удельном
ккал/кг кг/м3 расходе ВВ, %
1,5 907 1,50 53
1407 0,80
1,75 907 1,60 47
1407 0,89
2,0 907 1,16 62
1407 1,02
2,5 907 1,96 64
1407 1,26
3,0 907 2,54 59
1407 1,50
Анализ данных таблицы 1 показал, что с увеличением теплоты взрыва используемого ВВ отмечается снижение удельного расхода на 47-64 % при глубине шпуров от 1,5 до 3,0 м и проведении взрывных работ в указанных выше условиях. Отмечается также тенденция проявления теплоты взрыва с увеличением глубины шпуров, главным образом за счет увеличения коэффициента использования шпура.
С другой стороны, реальные условия проведения горных выработок показывают, что не наблюдается четкой зависимости производительности БВР от изменения глубины шпуров, что объясняется влиянием других факторов: количеством заряжаемых шпуров в забое, квалификацией мастера-взрывника, временем до удаления в место укрытия, временем на проветривание. Наиболее значимым здесь является фактор энергетического потенциала используемого ВВ для заряжания шпуров: при применении ВВ с высокой теплотой взрыва во всех случаях удельный расход ВВ меньше (от 4 до 34 %) по сравнению с ВВ, имеющим низкую теплоту взрыва, при этом общие удельные затраты на проведение выработки снижаются на 18,3-37,7 % за счет увеличения скорости подвигания забоя.
Количество шпуров как один из элементов буровзрывных работ предопределяет в известной степени качественные показатели взрыва. Оптимальное число шпуров позволяет рационально разместить ВВ в разрушаемом массиве и произвести правильное оконтуривание проектного сечения горной выработки. Для этого удельное число шпуров на 1 м3 разрушаемого массива при прочих равных условиях устанавливают в зависимости от крепости пород, пересекаемых выработкой, ее поперечного сечения, диаметра и глубины шпуров, удельного расхода ВВ.
Исследования показали, что с увеличением крепости разрушаемых пород при использовании ВВ с теплотой взрыва 907 ккал/кг необходимо применять значительно большее количество
шпуров, чем при использовании ВВ с теплотой взрыва 1407 ккал/кг, разница в количестве шпуров составляет 40-60 %. Отсюда следует, что применение взрывчатого вещества с большей теплотой значительно сокращает не только количество шпуров, но и время на бурение и заряжание шпуров. В свою очередь, с увеличением теплоты взрыва ВВ значительно улучшается дробимость горного массива, уменьшается выход негабаритных кусков. При этом также уменьшается вероятность бокового уплотнения зарядов в шпурах, являющегося распространенной причиной их выгорания при короткозамедленном взрывании.
По результатам проведенных исследований установлено следующее:
1 Увеличение теплоты взрыва взрывчатого вещества на 35 % позволяет сократить число шпуров на 30-40 %, увеличить глубину бурения и снизить время бурения и заряжания шпуров при сохранении положительных результатов взрыва.
2 При прочих равных условиях применение ВВ с большей теплотой взрыва позволяет сократить величину удельного расхода ВВ на 50-60 % при сохранении качества разрушения породы, что в конечном итоге может увеличить производительность труда проходчиков.
3 Для повышения эффективности и безопасности буровзрывных работ необходимо совершенствовать ассортимент ВВ в направлении увеличения теплоты взрыва, а также ввести дополнительно корректировку методики расчета основных параметров БВР с учетом этого показателя.
