О методике расчёта параметров буровзрывных работ при отбойке сильно трещиноватых руд Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

К вопросу совершенствования камерной системы разработки с закладкой выработанного... Зубков А.А.

УДК 622.235.6

Неугомонов С. С.

О МЕТОДИКЕ РАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ ПРИ ОТБОЙКЕ СИЛЬНО ТРЕЩИНОВАТЫХ РУД

Анализ практики взрывных работ показывает, что при разрушении пород, рассеченных густой сетью крупных макротрещин и полостей, основная часть массива, за исключением части примыкающей к заряду и расположенной до первой от заря -да разделяющей трещины, распадается на естественные отдельности. При этом влияние ширины трещин и их количества на параметры волн напряжений непропорционально: при увеличении ширины трещины в 10 раз напряжение снижается в сотни раз [1], что исключает возможность теоре-тически строгого обоснованного расчета процесса разрушения таких сред, равно как и разработку инженерных методов управления энергией взрыва с учетом параметров волн.

Для определения параметров взрывного раз -рушения сильно нарушенных сред, на наш взгляд, применима методика расчета, основанная на реализации критической скорости смещения пород. Состояние массива может характеризоваться его акустическими свойствами А основными критериями динамической прочности пород в массиве при взрывах являются критические скорости и напряжения сжатия и растяжения по -род. Обрушаемый массив рассматривается как горная конструкция из ослабленного сильно трещиноватого материала, подвергающегося действию сейсмических нагрузок.

Разработка методики и апробация её применимости проведены в условиях подземного руд -ника ОАО «Гайский ГОК» с учётом основных положений раб от [3, 4].

Действующие напряжения на фронте волны связаны со скоростями смещения и распространения взрывного возмущения могут быть выра-жены в ввде:

СЖ ( р )

сж (р) *

(1)

где а(Ж, (гр - соответственно сжимающие и растягивающие напряжения, Па; у - плотность породы , т/м3; Ср - скорость продольных волн в породе , м/с (величина уСр выражает акустическую жесткость среды, т/м2с); ¥сж, Ур - соответственно скорости смещения массива при сжатии и растяжении, м/с.

Разрушение среды происходит, когда критическая скорость смещения пород при взрыве бу-

дет превышать допустимый предел. Причем величина критической скорости зависит от скоро -сти нарастания нагрузки [3]. Разрушающие критические скорости и напряжения при динамиче-ском нагружении, как правило, увеличиваются с уменьшением времени действия скорости нагрузки. От носите ль ные отличия динамического и статического пределов прочности (включая критические скорости) характеризуются коэффициентом динамичностиК^, м/с:

- для сжимающих напряжений:

[¥ ] _ 1000[^] к

1^сж ] ^ к д

г-Ср

■ для растягивающих напряжении

[V ] =

1000К ]

г-Ср

2 к

(2)

(3)

где [сГсж], [стр] - статические пределы прочности пород на сжатие и растяжение, МПа; у- плотность породы, т/м3; Ср - скорость продольной волны в породе, м/с; Кд - коэффициент динамичности.

Отмеченные при малых скоростях нарастания нагрузки [4] соотношения критических сжимающих и растягивающих нагрузок [о(У)сж]/[а(У);,] = 6-13, в случае взрывных нагрузок в естественном массиве соотношение [&(У)сж\/[е(У)р] возрастает до 16-28, что является свидетельством неодинаковости коэффициентов динамичности для сжимающих и растягивающих критических напряжений и применительно к растягивающим и сжимающим нагрузкам для горных пород значения коэффициентов динамичности могут быть различны.

При динамической взрывной нагрузке критические пределы сжатия увеличивают в 1,5-2 раза по сравнению с данными медленного нагружения, в то время как для растягивающих нагрузок в тре -щиноватом массиве критические скорости колебаний близки к данным, полученным при статиче -ских испытаниях. Полученная испытаниями на ударном копре зависимость [5] для коэффициента динамичности при растягивающх нагрузках в интервале 1<[о},]<36 МПа пород Гайского рудника в приближении может быть дана как

РАЗРАБОТКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Кд = 8,3 (1 - 0,234|>, ]”’25

(4)

Поскольку разрушаемый массив находится в состоянии повышенной нарушенности и разделён трещинами на отдельности разного размера, устойчивость разрушаемой среды будет зависеть от степени трещиноватости, влияние которой можно характеризовать изменением акустических свойств, в частности скорость продольной волны в зависимости от размера структурных отдельностей будет изменяться согласно

С = Г

^р р0

1—

ъ

Л

(5)

отд у

следуемой точки к массе ^СОср, кг) сосредоточенного заряда (аммонигного или тротилового эквивалента), при котором проявляются заданные уровни предельных скоростей (напряжений) сжатия или растяжения.

Я =

\

(6)

где СрО - скорость продольной волны в монолитном образце, м/с (для руд Гайского месторожде-ния Ср0=6000 м/с); Ь - коэффициент, зависящий от среднего диаметра отдельности в массиве (табл. 1); ^отд - средний диаметр отдельности в массиве, м.

В непосредственной близости от заряда ВВ при отсутствии свободных поверхностей разрушение массива происходит за счёт возникновения сжимающих напряжений. После отражения от поверхности обнажения волна сжатия переходит в волну растяжения и разрушение происходит в результате действия растягивающих напряжений, которые для горных пород значигель-но меньше, чем напряжения сжатия.

Расстояния, на которых будут реализовываться критические скорости смещения массива от сжимающих и растягивающих напряжений, будут различны. Причём разрушение массива в сторону обнаженной поверхности складывается из зон действия сжимающих и растягивающих напряжений. Величина предельных напряжений сжатия и растяжения пропорциональна скоростям смещений массива (3), (4) и согласно энергетическому закону подобия [3] определяется величиной приведённого расстояния, которое представляет отношение расстояния (г, м) до ис-

Величина приведённого расстояния может характеризовать энергонасыщенность массива в заданной точке (удельный расход ВВ). Чем меньше величина Я, тем больше энергонасыщенность и связанные с ней напряжения и скорости смещения.

В реальных условиях, когда при массовой от -бойке руд в подземных условиях применяются скважины большой длины, заряд не является точечным, а имеет линейные размеры больше, чем расстояния между смежными зарядами и велич и-ны ЛНС в сторону свободной поверхности. При этом линии заряда оказываются различно ориентированными относительно лучей наблюдения. Чтобы оценить приведённые расстояния в заданных точках, удлинённый заряд следует привести к эквивалентному точечному. А затем с учётом взаимодействия соседних зарядов в центре между -скважинных расстояний, где реализуются критические скорости сжатия, могут быть определены предельные расстояния между зарядами.

Величина ЛНС - удаление зарядов от свободной поверхности, определяется из условия слияния зон разрушения динамическими сжимающими нагрузками и зон разрушения растягивающими напряжениями, которые направлены от свободной поверхности в сторону массива.

В частности, для удлиненных зарядов, параллель ных друг другу и плоскости обнажения, в [4] приведены соотношения между расстояниями и возникающими прочностными [Усж] [¥р\ и сейсмическими (Ку) характеристиками массива. Так, в первом приближении, считая размещенные заряды условно параллельными, расстояние между скважинами будет определятся как

Таблица 1

Физико-механические и прочностные характеристики массива руды в зависимости от размеров структурного блока

а =

60,7 йф

Г

\

2Ку

V ] ,

(7)

Среднийдиаметр отдельности в массиве ^отд, М 1,5-1 1-0,5 М енее 0,5

Коэффициент Ь 0,45 0,39 0,21

Скорость продольной волны в массиве с учётом нарушенности Ср, м/с 3290 2682 1806

Коэффициент пропорциональности Ку, м/с 5,6 5,2 4,6

Когда разрушение массива происходит в условиях слияния зон динамических сжимающих нагрузок и зон растягивающих напряжений (в сторону свободной поверхности), расстояние на котором будут реализованы, кригиче-ские скорости сжатия и растяжения мо-

г

О методике расчёта параметров буровзрывных работ при отбойке сильно трещиноватых руд Неугомонов С.С.

гут быть выражены:

W = 0,5

3Q

+25d^yss

(8)

где увв - плотность заряжания ВВ, т/м ; ё - диаметр заряда, м; Q - масса заряда ВВ, кг; V - пока -затель степени в зонах разрушения, изменяется в пределах от 2,15 до 2,4 (в расчётах может быть принят 2,25); К - сейсмический коэффициент пропорциональности, м/с, определяется упругими характеристиками взрываемой среды [4]

K = 3 C р Г1 + п

v V 9у 11 -м)

Таблица 2

Выход негабарита при отбойке руды по принятым на руднике и рекомендуемым параметрам БВР

Выход негабарита из камер II и III очередей, % Средние значения

При принятых на руднике параметрах БВР 4,9; 5,35; 4,78; 4,95 5

При рекомендуемых параметрах БВР 2,51; 3,32; 5,66; 3,66; 5,91; 3,54; 3,47 4,01

(9)

где ц - коэффициент Пуассона (для руд Гайского месторождения ^=0,15).

Для горнотехнических условий Гайского медно-колчеданного месторождения с учётом параметров структурной нарушенности массива руд, его физико-механических свойств (см. табл. 1) с использованием положений приведённой методики были определены параметры сетки расположения скважинных зарядов.

По результатам расчёта было рекомевдовано сгустить сетку скважин В результате первоочередным шагом было сокращено расстояние между скважинами с 2,5 до 2,4 м (по технологическим причинам величина линии наименьшего сопротивления осталась прежней 3 м). Оценка

качества отбойки по рекомевдованным параметрам БВР производилась путём определения выхода негабарита в камерах II и III очереди Результаты представлены в табл. 2.

Определённый 1-критерий Стьюдента [6] для статистического сравнения полученных средних значений двух выборок (5 и 4,01%) при заданной надёжности 90% ґ9=1,5< 1,83 показывает, что от -клонения средних значений выхода негабарита в анализируемых камерах могли возникнуть в рамках нормального рассеяния.

Таким образом, отбойка руды с рекомевдован-ными параметрами БВР на данном этапе исследований не позволяет сделать достаточно чёткий вывод о повышении качества дробления вследствие ограниченности количества опытных взрывов. Однако даёт основу сделать заключение о возможности использования и применимости разра-ботанной методики расчёта параметров БВР при отбойке нарушенных, сильно трещиноватых руд, поскольку ухудшение качества взрывных работ не подтверждено.

Библиографический список

1. МосинецВ.Н., АбрамовА.В. Разрушениетрещиноватых и нарушенных горных пород. МНедра, 1982.

2. Садовой И.П. и др. Результаты промышленных опытов по установлению влияния трещиноватости массива на парамет-ры взрыва // Взрывноедело: Сборник. М., 1967. № 62/19.

3. Океании И.Ф., Миронов П.С. Закономерности дробления горных пород взрывом и прогнозирование гранулометрического состава. М.: Недра, 1982.

4. Браницкий М .М. и др. Определение параметров сетки скважин и разработка рациональной технологии карьерных взры -вов на основесейсмометрических наблюдений // Буровзрывныеработы в тресте «Южуралспецстрой». Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд-во, 1972. С. 25-35.

5. Совершенствование технологии буровзрывных работ с целью повышения качества дробления руды и производитель -

ности погрузочно-доставочного оборудования на глубоких горизонтах Гайского подземного рудника: Отчёт о НИР /

МГМИ; Руководитель работы Н.А. Кокарев. №ГР 01830021013; Инв. № 02800044738. Магнитогорск, 1987.

6. Шиллинг Г. Статистическая физика в примерах. М.: М ир, 1976.