Обоснование и разработка способа разупрочнения массива горных пород при взрывной отбойке железистых кварцитов на карьерах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ОТКРЫТЫЕ ГОНЫЕ РАБОТЫ

© С.А. Гончаров, А.В. Аугариыренов, О.Ф. Клюка, 2003

УАК 622.268.4:622.235

С.А. Гончаров, А.В. Аугариыренов, О.Ф. Клюка

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБА РАЗУПРОЧНЕНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОА ПРИ ВЗРЫВНОЙ ОТБОЙКЕ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ НА КАРЬЕРАХ

Эффективность разупрочнения массива железистых кварцитов на микро- и макроуровнях существенно зависит от их строения: макротекстуры или ориентации слоистости кварцитов и микротекстуры или ориентации и формы составляющих их зерен. Экспериментальными исследованиями, проведенными в МГГУ, установлена анизотропия микротекстуры железистых кварцитов [1]. Размеры рудных зерен (агрегатов) вдоль слоистости находятся в пределах 13-110 мкм, перпендикулярно слоистости - в пределах 9-80 мкм. Коэффициент изометричности (отношение размеров зерен параллельно и перпендикулярно слоистости) колеблется в пределах 1,0-3,3 с достоверностью 90 %, а его среднее значение равно 1,54. Это определяет большую площадь поверхности зерен и соответственно значительную энергоемкость разрушения межзерновых связей вдоль слоистости по сравнению с таковыми поперек нее. В работе [2] показана возможность повышения показателей обогатительного передела на стадии взрывной отбойки без дополнительных расходов на увеличение удельного расхода ВВ. Предполагается применение оптимальных схем обуривания рабочих площадок и схем коммутации скважин, при которых на наиболее энергоемких (с позиции раскрытия зерен) направлениях слоистости обеспечиваются максимальные сдвиговые напряжения при взрывной отбойке железистых кварцитов на карьерах. В силу того, что предел прочности на сдвиг в 2-3 раза меньше такового на сжатие, то на этих направлениях возможно обеспечить максимальное разупрочнение межзерновых связей. Известно, что при одноосном сжатии максимальные касательные напряжения реализуются на площадках, ориентированных под углом 45 0 к направлению действия сжимающих сил [3]. При взрывании ряда скважин на достаточном удалении от зарядов (за пределами зоны дробления) распространяющуюся от данного ряда упругую волну в первом приближении можно считать плоской волной сжатия. Рассмотрим правомочность такого приближения.

Введем относительное касательное напряжение

Т(Р)

т(р) =

положив [3]:

т(р) 1

sin 2р

(1)

где - касательное напряжение при угле р между плоскостями волны сжатия и слоев железистых кварцитов; С - напряжение сжатия в плоской взрывной

Рп

Максимальное значение сдвиговых напряжений Т(р) = Тпах

достигается при (ропт = 45 0. Отклонения от этого угла как в большую, так и в меньшую сторону приводят к снижению величины Т (р) (рис. 1). Найдем предельное

отклонение угла р от ропт , при

котором в плоскости слоев достигается касательное напряжение, не меньшее 95 % от максимального. Из соотношения (1) получим ^ 2рпр = (-1)k ■ arcsin 0,95 + nkили п

arcsin 0,95 +---k.

2

Поскольку 0o <р< 90o находим k = 0 и k = 1,

sin2Pnp= 0,95

т.е. имеем два корня 1

Рп

(к = 0) = - • arcsinö, 95 = 35,902£

1V 2

П 1

р пр.2(к=1)=2 - 2 • arcsm0’95;

:54‘

Следовательно, при условии обеспечения сдвиговых напряжений на плоскостях параллельных слоистости железистых кварцитов величиной не менее 95 % от их максимального значения угол р между направлением взрывной волны и нормалью к слоям можно изменять в пределах от 360 до 540, т.е. 360 < р< 540 (Др = 18 °) (рис. 1). Подбирая схему обуривания и ком-

мутации скважин можно ориентировать плоскость взрывной волны сжатия под углом р к плоскости слоев железистых кварцитов в пределах 36 0 < р< 54 0 . При этом на площадках, параллельных

слоистости, будет обеспечено максимальное разупрочнение межзерновых связей.

Рассмотрим плоскую вертикальную волну сжатия, распространяющуюся по направлению нормали П к ней. Плоскость д волны сжатия ориентирована под

углом в к линии простирания слоев и параллельна ряду взрываемых скважин 1 (рис. 2 и рис. 3). Угол падения слоев д железистых кварцитов равен ОС . Выберем на линии простирания £1 некоторого слоя произвольную точку и поместим в нее начало координат (рис. 3). Плоскость ХОУ совместим с горизонтальной поверхностью □ блока, а ось ОУ - с линией простирания £ . Для решения задачи предположим, что ось О7 находится в плоскости д волны сжатия.

Общие уравнения плоскостей Д1 и д , проходящих через начало координат, соответственно имеют виды [4]: а1 х + В1 у + С1 г = 0 и А 2 х + В 2 у + С 2 г = 0, где А1 В1 С, А2 В2 С2 - некоторые числовые коэффициенты. Поскольку плоскость Д1 проходит через

ось 02, то С1 = 0. Аналогично для плоскости проходящей

OY

О 2 -

через ось ходим B = 0. Тогда имеем A1 X + B1 y = 0 (2)

A 2 X + C 2 z = 0-(3)

где

Угол Р между плоскостями О 1 и О 2 определя-

ется выражением [4]:

cosp =

A1A2 + B1B 2 + C1C 2

(4)

угол между плоскостью О 1 волны сжатия и

• sin а 1= arccos

sin I - - ß y sin а

(5)

■vK + Br + C2 ^ A22 + B 22 + C 22

или с учетом (2) и (3)

cos р = sin ß *• sin а -

где ß

осью OX.

Отсюда

р = arccos |^sin ß

Угол р представляет собой согласно (5) функцию

rt *

двух независимых переменных а и ß (или ß)- т.е. р=р(а^*). Величина р определяет некоторую поверхность в трехмерном пространстве (рис. 4).

Угол падения а слоев железистых кварцитов представляет собой характеристику массива горных пород, поэтому он задается для каждого блока и является постоянной величиной- а угол ß между плоскостью 01 волны сжатия и линией простирания слоев

определяется схемами обуривания и коммутации скважин. Таким образом при заданном угле падения

а слоев оптимальный угол ß определяется только величиной р - соответствующего оптимальной ориентации плоскости волны сжатия.

В графическом виде зависимость (4) представлена на рис. 5. Кривые 1-2-...-10 получены соответственно при углах падения слоев железистых кварцитов- рав-

и

Рйс. 8

Рйс. 9

тальная прямая 11, соответствующая р = 45 . Непосредственно из рис. 6 видно, что при углах падения

слоев а < 45 ° и любых в угол р всегда больше

45 ° (кривые 6,7,8,9,10 не пересекаются с прямой 11). Объяснить это можно следующим. Из выражения (4) находим

cos р

sin в =

(6)

sin а

Поскольку синус любого угла меньше или равен единице, Т.е. Sin в < 1, то из (6) имеем cos p/sin а< 1. (7)

Данное неравенство есть условие существования О *

угла в , т.е. в частности, при р = 36° и р = 540 в

плоскости слоев можно обеспечить значения касательных напряжений, составляющих 95 % от их максимального значения. Это осуществимо, если угол падения слоев а находится соответственно в пределах от

/■» *

54 о до 90 о и от 36 о до 90 о (рис. 6). При этом углы в и а связаны соотношением (4) (кривые 1 и 3 на рис.

6). Кривая 2 на рис. 6 соответствует р = 45 ° . Это

свидетельствует о том, что плоскую волну сжатия О 1

можно ориентировать под двугранным углом 45 0 к плоскости слоистости железистых кварцитов О 2 только в том случае, если угол падения слоев

а будет больше 450.

Угол в ориентации плоскости волны сжатия при заданном угле р определяется из выражения

в=±

п

----- arcsin

2

(8)

ных 90 ,80 ,...,0 . На том же рисунке дана горизон-

Зависимость в (а) при (р = 36 ° ,45 ° и 540 в

графическом виде представлена на рис. 8.

Как видно из рис. 7, вертикальный отрезок между кривыми 1 и 2 или 1 и осью в = 0 дает пределы изменения (выбора) угла в ориентации плоскости д при

которых в плоскостях слоев железистых кварцитов обеспечиваются касательные напряжения, составляющие не менее 95 % от их максимального значения. В

частности, при ОС = 53 ° этот отрезок на рис. 7 обозначен через МИ, где точки М и N имеют координаты (53; 42,6) и (53; 0). Возможность выбора угла в в 95

% «коридоре» позволяет подобрать наиболее оптимальную с позиции практики схему расположения скважин и коммутацию их рядов. При этом величину касательных напряжений можно определить по графикам, представленным на рис. 8 и 9.

На рис. 8 даны графики относительных напряжений при изменении угла ОС от 37 о до 49 о с шагом 1 о, а на рис. 9 - от 50 о до 90 о с шагом 10 о.

При а < 36o величина относительных касательных напряжений становится меньше 95 % и определяется из условия

cos i^/sin а = 1 ^ cos (р = sin а ^ т = П — а ■

2

Подставляя полученный угол в соотношение (1) находим

■ = sin 2 •

п

--а

(9)

График зависимости (9) показан на рис. 10.

При а < 36 ° угол ориентации в следует принимать равным нулю (в = 0 ).

Полученные соотношения для определения угла ориентации плоской волны сжатия в по отношению к плоскостям слоистости железистых кварцитов получены для случая одновременного взрывания скважинных зарядов. При последовательном взрывании зарядов, находящихся в одном ряду коммутации необходимо учитывать поправку на угол поворота плоскости волны сжатия (рис. 11).

Пусть первоначально производится взрывание 1-ой скважины и затем с помощью детонирующего шнура подрываются последовательно 2,3,4 и 5 скважины в заданном ряду. Тогда угол у между плоскостью скважинных зарядов, находящихся в одном ряду коммутации и плоскостью волны сжатия составит

• , Ч Я °упр

вт (г) = — = ,

онной волны в ДШ.

Отсюда, поправка на неодновременное взрывание зарядов будет определяться выражением

(

Y = ± arcsin

и.

Л

и

V дет у

(10)

С учетом (8) и поправки (10) на неодновременное взрывание скважин, находящихся в одном ряду коммутации, оптимальный угол 3 между линией бровки уступа и линией скважин одного ряда коммутации будет равен

3=9±ß±y=9±

П . fcos Фпр

-----arcsin I —:---------

2 V sin а

± arcsin

(11)

где 0 - угол между линиями простирания слоев железистых кварцитов и линией бровки уступа. В формуле (11) угол в может изменяться в достаточно широких пределах (рис. 9 и 10), в которых касательные напряжения в плоскостях слоев железистых кварцитов находятся в 95 % «коридоре». С учетом знаков величин в и у возможны четыре значения угла О, определяющие расположение скважин на уступе. При выборе углов О необходимо принимать то его значение, которое наиболее близко к 90о. Тогда сетка скважин будет близка к прямоугольной.

1. Григорян И.Р. Разработка

способа взрывного разупрочнения межзерновых связей при добыче железистых кварцитов на карьерах. Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. - М.: 1988.

2. Гончаров С.А. Оптимизация дробления руды в забое - резерв повышения эффективности обогатительного передела. Горный журнал, № 10, 1988. - С. 55-57.

3. Тимошенко С.П, Гудьер Дж.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Теория упругости. - М.: Наука, 1979. 560 с.

4. Александров П.С. Курс ана-

литической геометрии и линейной алгебры. - М.: Наука, 1979.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------------------------------------

Гончаров Степан Алексеевич- профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет. Дугарцыренов Аркадий Владимирович — доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.

Клюка Олег Федорович- ОАО «Стойленский ГОК».

Файл:

Каталог:

Шаблон:

1т

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова:

Заметки:

Дата создания:

Число сохранений:

Дата сохранения:

Сохранил:

Полное время правки: 49 мин.

Дата печати: 08.11.2008 22:31:00

При последней печати страниц: 4

слов: 1 965 (прибл.)

знаков: 11 201 (прибл.)

ГОНЧАРОВ

0:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\01ЛВ6_03 С:\и8ег8\Таня\ЛррВа1а\Коатіп§\Місго80й\Шаблоньі\Когта1.до Московский государственный горный университет ЛУБ

26.05.2003 10:05:00 9

08.11.2008 22:03:00 Таня