Область эффективного применения пригрузки из неубранной взорванной горной массы Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

--------------------------- © В.К. Угольников, С.Е. Гавришев,

П.С. Симонов, Н.В. Угольников, 2007

В.К. Угольников, С.Е. Гавришев, П.С. Симонов,

Н.В. Угольников

ОБЛАСТЬ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ПРИГРУЗКИ ИЗ НЕУБРАННОЙ ВЗОРВАННОЙ ГОРНОЙ МАССЫ

У| нализ работ и практика взрывного дела показывают, то интенсификация разрушения горных пород взрывом может быть достигнута увеличением энергонасыщенности массива за счет увеличения удельного расхода и применения более мощных ВВ.

Несмотря на то, что вопросу влияния энергонасыщенности массива на качество дробления уделяется большое внимание, до сих пор существуют противоречивые мнения относительно целесообразности регулирования гранулометрического состава взорванной горной массы изменением удельного расхода ВВ.

При изучении влияния удельного расхода ВВ на качественные показатели массовых взрывов ряд авторов однозначно утверждают о прямой зависимости снижения крупных фракций при увеличении удельного расхода ВВ.

В то же время, отдельные исследователи, основываясь на гиперболической зависимости степени дробления от удельного расхода ВВ считают, что существует оптимальный удельный расход ВВ, обеспечивающий наилучшие показатели качества взрывных работ в данных условиях.

Регулирование качества взрывного дробления энергонасыщенностью взрываемого массива горных пород достигается путем изменения удельного расхода или удельной теплоты Вв. Удельный расход ВВ может регулироваться изменением параметров расположения скважинного заряда на уступе - ЛСПП и сетки скважин, а также параметров самого заряда - высоты колонки и диаметра заряда.

Проведенные в промышленных условиях исследования показали, что тип ВВ оказывает существенное влияние на результаты взрыва. Установлено, что для любого из применяемых ВВ с увеличением объемной концентрации энергии, создаваемой в массиве горных пород, степень и КПД взрывного дробления сначала повышаются, а затем, достигнув максимума, снижаются.

Это объясняется изменением механизма действия взрыва, зависящего от типа применяемого ВВ и параметров расположения скважин на уступе. Под механизмом действия взрыва здесь понимается последовательность разрушения рассматриваемого участка массива [1, 2].

При величине объемной концентрации энергии, создаваемой в массиве горных пород при взрыве, меньше оптимальной массив разрушается под действием прямой волны от заряда ВВ (рис. 1, а). По мере увеличения объемной концентрации энергии (уменьшения значения ЛСПП - ^ объем разрушения от действия прямой волны снижается и возрастает объем разрушения под действием отраженной волны. Минимальному объему разрушения от заряда ВВ соответствует объемная концентрация энергии, создаваемая в массиве горных пород, при которой достигается лучшее дробление горной массы (рис. 1, б). При авв>аввопт (W<Wопт) наблюдается разрушение в основном от действия прямых волн и расширяющихся газов, образующихся при взрыве (рис 1, в).

Например, на Агаповском известняковом карьере для грам-монита 79/21, имеющего скорость детонации Ь=3600 м/с, максимальная степень дробления достигается при удельном расходе допт = 0,59 кг/м3 (линия А рис. 2). В то же время для гранулотола (й = 5200 м/с) с тем же удельным расходом степень дробления ниже максимальной, а массив горных пород разрушается большей частью под действием прямых волн сжатия от заряда ВВ. При применении данных ВВ с удельным расходом д = 0,83 кг/м3 (линия Б рис. 2) для гранулотола степень дробления максимальна, а для граммонита 79/21 степень дробления снижается за счет перераспределения энергии по формам механической работы взрыва, т.е. часть энергии расходуется на разлет кусков породы, что приводит к увеличению развала горной массы.

Подобная картина характерна при взрывании любых массивов горных пород. Поэтому применение различных типов ВВ без корректировки параметров БВР нередко приводит к изменению механизма действия взрыва.

а) 8) 6)

а вв< а°

Ч < Ч°т

ч = ч°г

аш> а°в

с\ >Ч°П

Рис. 1. Зоны разрушения при взрывании скважинного заряда

А Б

і

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1,0

■ 9

7 ■ / ■

1 /

* ‘*4.*

м

Л*

0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 <1вв. кг/м

Рис. 2. Зависимость степени дробления пород от удельного расхода ВВ: 1 - граммонит 79/21; 2 - гранулотол

Регулирование степени дробления рационально проводить только на восходящих ветвях представленных кривых.

Косвенными показателями, характеризующими работу взрыва на нисходящей ветви кривых, являются выброс породы на верхнюю бровку, образование заколов массива за линией скважин и увеличенный развал взорванной породы. Уменьшение развала и изменение механизма действия взрыва на нисходящей ветви может быть достигнуто за счет применения пригрузки из неубранной взорванной горной породы.

Взрывание на неубранную горную массу является одним из методов повышения эффективности действия взрыва. Наличие преграды из взорванной горной массы уменьшает боковое смещение взрываемого массива в период разрушения, что способствует уменьшению скорости смещения взрываемого массива в горизонтальной плоскости, за счет чего увеличивается продолжительность действия взрыва на среду и повышается коэффициент полезного использования энергии взрыва. В этом заключается физическая сущность взрывания в зажатой среде.

Эффективность метода взрывания в зажатой среде, согласно [3], проявляется только при многорядном, не менее четырех-пяти рядов скважин, короткозамедленном взрывании (рис. 3) в породах с развитой трещиноватостью и пористостью.

Разрушение горных пород при взрывании на пригрузку из неубранной взорванной горной массы, согласно [4], идет в основном от скважины к поверхности уступа.

Пригрузка из неубранной взорванной горной массы рассматривается как дополнительная связь, которая регулирует распределение энергии взрыва по формам работы в трех фазах. В первой фазе разрушения связь должна ограничивать перемещение. Во второй фазе разрушения связь должна способствовать развитию трещин в массиве. Для развития трещин необходим приток энергии в виде волн напряжений.

Чтобы волна напряжения дошла в удаленные зоны, необходимо препятствие раскрытию трещин. В третьей фазе связь должна обеспечить минимальный развал взорванной горной массы.

Взрывание уступов на пригрузку из неубранной взорванной горной массы получило широкое применение на железорудных и флюсовых карьерах страны. При взрывании в зажатой среде несколько увеличивается удельный расход ВВ, но при

Рис. 3. Взрывание с пригрузкой из взорванных горных пород: 1

- пригрузка; 2 - скважинные заряды ВВ; 3 - контур развала

этом улучшается качество дробления и регулируется развал горной массы. Это объясняется повышением полезного действия взрыва за счет перераспределения энергии.

На Агаповском известняковом карьере ОАО «ММК» проведены исследования по влиянию ширины пригрузки на эффективность взрывных работ при применении различных типов ВВ (табл. 1). Бурение скважин осуществлялось станками шарошечного бурения СБШ-250МН диаметром 250 мм. Проектная высота уступа 10 м, перебур скважин в среднем составлял 2,5 м. Конструкция заряда сплошная. Взрывание короткозамедленное с интервалами замедления 35-50 мс, схема коммутации - диагональная. Всего было зарегистрировано более 50 промышленных взрывов. Ширина подпорной стенки изменялась от 5 до 25 м.

Затраты энергии на дробление горных пород взрывом оценивались КПД взрывного дробления, определяемом, как отношение удельной энергоемкости разрушения при взрыве для данных условий и параметров буровзрывных работ к удельному энергопотреблению

п = aр.. 100, %, (1)

а

вв

где адр - удельная энергоемкость разрушения; авв - удельное энергопотребление.

Таблица 1

Взрывчатые характеристики применяемых ВВ

Тип взрывчатого вещества

Показатели Гранулотол Граммонит 30/70 Граммонит 79/21

Удельная энергия, кДж/кг 3700 3684-3768 4285

Скорость детонации, м/с 5000-5200 3800-4500 3200-4000

Бе

адр = 0,5-а р- 1п . (2)

р

здесь Цср и с(ср - средневзвешенный размер куска соответственно до и после дробления; ар - предел прочности горных пород при растяжении.

аее = д - £ , (3)

где £ - удельная энергия ВВ, кДж/кг; д - удельный расход ВВ, кг/м3.

Окончательно зависимость определения КПД взрывного дробления примет вид:

50-а р- 1п—

П =---------^ -юо (4)

д-£

На основании проведенных исследований установлены зависимости КПД взрывного дробления (п) от приведенных к

массе заряда параметров ЛСПП (Ж = ж/^, м/кг1/3) (рис. 4) и

сетки скважин (£ = б/^ , м/кг1/3) при различной ширине при-грузки.

Величина пригрузки менее 8-10 м при взрывании вышеперечисленными ВВ практически не оказывает влияния на степень дробления горных пород. Увеличение пригрузки при взрывании гранулотолом приводит к снижению КПД взрывного дробления, при этом степень дробления горных пород остается практически неизменной. Для граммонита 30/70 КПД взрывного дробления увеличивается до ширины пригрузки порядка 18 м, а для граммонита 79/21 до 25 м, при этом возрастает и степень дробления горных пород.

Рис. 5. Изменение рациональной величины приведенных к массе заряда ЛСПП и сетки скважин для различной ширины пригрузки

Таким образом, установлено, что существует область рациональных значений приведенных к массе заряда параметров ЛСПП и сетки скважин, при которых КПД взрывного дробления максимален. При увеличении ширины пригрузки величина рациональных приведенных параметр ЛСПП и сетки скважин уменьшается рис. 5.

На основании рациональных значений приведенных к массе заряда ЛСПП и сетки скважин для различной ширины пригрузки из неубранной взорванной горной массы определены рациональные значения удельного расхода при применении различных типов ВВ (табл. 3.).

Таблица 3

Рациональные значения удельного расхода

Ширина пригрузки, м Теплота взрыва, ккал/кг

Гранулотол Граммонит 30/70 Граммонит 79/21

Удельный расход, кг/м3 Средний размер куска, м Удельный расход, кг/м3 Средний размер куска, м Удельный расход, кг/м3 Средний размер куска, м

0 - 5 0,84 0,15 0,68 0,17 0,59 0,26

10 0,91 0,14 0,71 0,16 0,60 0,25

15 1,01 0,12 0,8 0,12 0,64 0,17

20 1,13 0,14 0,96 0,13 0,72 0,11

25 1,08 0,14 0,84 0,09

Проведенные исследования позволили установить, что для каждого из применяемых типов ВВ область регулирования качества взрывного дробления шириной пригрузки различна.

Для условий Агаповского известнякового карьера рациональная ширина пригрузки при использовании гранулотола составляет 10-15 м, граммонита 30/70 13-21 м и граммонита 79/21 15-25 м.

Взрывание с пригрузкой, кроме повышения степени дробления пород, имеет следующие достоинства: создает благоприятные условия для управления величиной развала горной массы; при железнодорожном транспорте полностью ликвидирует такой трудоемкий процесс, как путепереукла-дочные работы в забое перед массовым взрывом; уменьшает

непроизводительные простои экскаваторов и создает предпосылки для повышения их производительности.

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

1. Друкованный М.Ф., Куц В.С., Ильин В.И. Управление действием взрыва скважинных зарядов на карьерах. - М.: Недра, 1980. - 223 с.

2. Машуков В.И. Действие взрыва на окружающую среду и способы управления им. - М.: Недра, 1976. - 248 с.

3. Новожилов М.Г., Друкованный М.Ф., Ильин В.И., Оксанич И.Ф. Взрывание в зажатой среде на карьерах. Киев: Наукова думка, 1966. 234 с.

4. Ханукаев А.Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом. - М.: Недра, 1974. - 224 с.

|— Коротко об авторах----------------------------------------

Угольников В.К., Гавришев С.Е., Симонов П.С., Угольников Н.В. -Магнитогорский государственный технический университет.

© н.е. кусов, и.и. гудивичев,1

2007

А.Е. Кусов, В.В. Гудовичев

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

В отличие от обычных условий механизм формирования горного давления при наличии труднообрушае-мых кровель имеет свои особенности, связанные с первичными и последующими осадками прочных слоев кровли. При этом имеет место высокая динамичность проявления горного давления в призабойной части очистного пространства, что приводит к деформированию элементов секций крепи, а, в отдельных случаях, посадки их на «жестко». При этом не обеспечивается подбучивание выработанного пространства из-за незначительной мощности непосредственной кровли и наблюдаются значительные зависания основной кровли как до первичной, так и в периоды между последующими вторичными ее осадками. Для исключения отмеченных проявлений горного давления и обеспечения работы механизированных комплексов с высокими нагрузками на пластах с труднообру-