Обоснование выбора типа взрывчатых веществ на карьерах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

И.П. Маляров, В.К. Угольников, П.С. Симонов, Н.В. Угольников (Магнитогорский государственный технический университет)

Обоснование выбора типа ВВ на карьерах

Эффективность взрывных работ в значительной мере зависит от типа применяемого ВВ обусловливающего величину и форму взрывного импульса. В идеале тип применяемого взрывчатого вещества должен определяться исходя из условия обеспечения оптимального механизма действия взрыва. Это возможно в результате соответствия энергетических и детонационных характеристик ВВ условиям, в которых протекает взрывной процесс.

На большинстве карьеров России тип применяемого ВВ определяется структурой рынка взрывчатых материалов (наличием и стоимостными показателями ВВ), а из свойств взрываемого массива учитывается лишь его обводненность.

Применение же ВВ отличных от оптимальных даже более дешевых не всегда обеспечивает высокую эффективность и технико-экономические показатели взрывных работ.

В таких условиях для повышения эффективности взрывных работ необходима точная оценка результатов ранее проведенных взрывов и оперативное проектирование параметров БВР на основе имеющихся ВВ. Выбор применяемого ВВ должен осуществляться по результатам технико-экономического анализа.

Оценка эффективности применения нескольких типов взрывчатых веществ проводилась в породах 11-111 категории трещиноватости на карьерах

- Малый Куйбас (порфириты: предел прочности при растяжении ар=13,7

МПа; гранулотол, граммонит 79/21), Гумбейский (гранодиориты: ар=10

МПа; граммонит 30/70, аммонит №6ЖВ), Агаповский (известняки: ар=7 МПа; гранулотол, граммонит 79/21, гранипор).

При этом для каждого из исследуемых массовых взрывов по нескольким линиям (от пяти до двадцати), в зависимости от длины взрываемого блока производились замеры:

1. Трещиноватости и блочности взрываемого массива горных пород.

2. Параметров буровзрывных работ.

3. Кусковатости взорванной горной массы.

Трещиноватость массива по откосу уступа оценивалась фотолинейным методом. По результатам измерений оценивались: распределение размеров кусков по крупности и средневзвешенный размер естественной отдельности для каждой линии замера.

Контрольными замерами уточнялись параметры БВР - ЛСПП, сетка и глубина скважин, длина заряда и забойки.

Гранулометрический состав взорванной горной массы устанавливался линейными замерами по развалу, а также фотолинейным методом по откосу забоя.

Технологическая эффективность взрыва оценивалась универсальными показателями энергопотребления - удельным расходом ВВ ^), объемной концентрацией энергии, создаваемой во взрываемом массиве (Авв), энергоемкости - работой дробления (Адр), а также КПД взрывного процесса

(л).

В результате проведенных исследований установлена зависимость степени дробления (/) от параметров энергопотребления для каждого из рассматриваемых ВВ. Для обеспечения энергетического подобия в качестве параметра энергопотребления используем - объемную концентрацию энергии, создаваемую в массиве горных пород равную произведению удельного расхода на удельную теплоту взрыва ВВ (рис. 1.).

Рис. 1. Влияние объемной концентрации энергии на степень и КПД взрывного дробления в зависимости от применяемого типа ВВ: 1 - гранулотол; 2 - граммонит 79/21; 3 - гранипор (Агаповский известняковый карьер)

Анализ полученных зависимостей показывает, что для любого из применяемых ВВ с увеличением объемной концентрацией энергии, создаваемой в массиве горных пород, степень и КПД дробления сначала повышается, а затем, достигнув максимума, снижается. Это объясняется перераспределением энергии взрыва по формам механической работы. При меньшей величине концентрации энергии ВВ в массиве степень дробления взорванной горной массы возрастает, а при большей энергия расходуется на разлет отдельных кусков породы и приводит к значительному развалу горной массы. Таким образом, регулирование степени дробления рационально проводить только на восходящих ветвях, представленных кривых. Косвенными показателями, характеризующими работу взрыва на нисходящей ветви кривых, является выброс породы на верхнюю бровку, образование заколов массива за линией скважин, увеличенный развал взорванной породы.

Восходящие ветви кривых в первом приближении можно аппроксимировать уравнениями:

Авв =а-i-Р-D + у

где / - степень дробления;

О - скорость детонации ВВ, м/с; а, р, у - эмпирические коэффициенты, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Значения эмпирических коэффициентов

Карьер а Р У

Малый Куйбас 747 1,4219 8087

Гумбейский 1000 0,9976 4869

Агаповский 1060 0,4087 1539

Значения показателей технологической эффективности при максимальной для данного ВВ степени дробления приведены в табл. 2.

Таблица 2

Значения показателей технологической эффективности при максимальной степени дробления

Карьер (порода) Тип ВВ /тах Авв, кДж/м3 q, кг/м3 Адр, кДж/м3 л, %

Малый Куйбас (порфирит) Г ранулотол 3,6 3600 0,99 880 24

Граммонит 79/21 2,8 5300 1,24 705 13

Гумбейский (гранодиорит) Граммонит 30/70 2,7 3100 0,88 480 15

Аммонит №6ЖВ 2,4 4100 0,95 420 10

Агаповский (известняк) Г ранулотол 2,6 2100 0,58 335 16

Граммонит 79/21 2,1 2600 0,61 260 10

Гранипор 1,8 2900 0,77 205 7

С увеличением скорости детонации ВВ максимальная степень дробления пород повышается (рис. 2).

При этом с увеличением скорости детонации ВВ для получения требуемой степени дробления необходимая концентрация энергии снижается (рис. 3, 4).

Таким образом, интенсификация взрывного дробления горных пород на карьерах может быть достигнута за счет применения высокобризантных ВВ, что позволяет повысить степень дробления пород на 20 - 30 %, уменьшить удельные затраты энергии в 1,3 - 2,1 раза, при этом КПД взрывного дробления возрастет в 1,6 - 1,8 раза в зависимости от взрываемых пород.

Рис. 2. Влияние скорости детонации ВВ на максимально возможную для данных массивов степень дробления: 1 - порфирит (Малый Куйбас); 2 - гранодиорит (Гумбейский); 3 - известняк (Агаповский)

Рис. 3. Влияние скорости детонации ВВ на концентрацию энергии создаваемую в массиве горных пород при степени дробления пород:

1 - /=1,5; 2 - /=2,0; 3 - /=2,5

Рис. 4. Влияние скорости детонации ВВ на концентрацию энергии создаваемую в массиве горных пород:1 - Малый Куйбас (порфирит); 2 -Гумбейский (гранодиорит) 3 - Агаповский (известняк)

Проведенные в промышленных условиях исследования позволили определить рациональные параметры БВР в зависимости от применяемого

типа ВВ. Расчет параметров БВР производился исходя из требуемой величины объемной концентрации энергии, с учетом ее равномерного распределения в массиве горных пород при взрыве, что позволяет достичь требуемой степени дробления.

В качестве примера приведены параметры БВР для условий гранитного карьера Гумбейского щебеночного завода (проектная высота уступа Н=10 м; диаметр скважин dcкв=0,220 м; коэффициент сближения скважин т=1; плотность заряжания ВВ А= 900 кг/м3), обеспечивающие степень дробления /=2,5 (табл. 3).

Таблица 3

Рациональные параметры БВР в зависимости от типа применяемого ВВ для условий гранитного карьера Гумбейского

щебеночного завода

Параметры БВР Тип ВВ

1 2 3 4 5

Удельный расход, кг/м3 0,82 0,88 0,93 0,96 0,79

Величина объемной концентрации энергии заряда ВВ, кДж/м3 2880 3778 3977 4326 4077

ЛСПП, м 5,7 5,6 5,5 5,4 5,8

Длина забойки, м 4,3 4,2 4,1 4,0 4,4

Масса заряда в скважине, кг 270 274 277 279 268

Длина заряда, м 7,9 8,0 8,1 8,2 7,8

Расстояние между скважинами в ряду, м 5,7 5,6 5,5 5,4 5,8

Расстояние между рядами скважин, м 5,2 5,1 5,0 4,9 5,3

Выход взорванной горной массы с 1 п.м. скважины, м3/м 24,5 23,3 22,2 21,7 25,4

ВВ: 1 - граммонит 30/70; 2 - аммонит №6ЖВ; 3 - граммонит 79/21; 4 - гранулит AC-4; 5 - гранулит AC-8.

Произведена оценка экономической эффективности применения различных типов ВВ по энергетическому критерию предложенному Л.В. Дубновым и И.Т. Колесниченко и по сумме затрат на бурение и ВВ (табл. 4).

Анализ расчета экономической эффективности применения рассматриваемых ВВ показал, что при существующих ценах на ВВ и затратах на бурение в настоящее время экономически целесообразным является применение граммонита 79/21. Однако в обводненных условиях из рассматриваемых ВВ может применяться только граммонит 30/70 не смотря на более низкую экономическую эффективность.

Таблица 5

Показатели экономической эффективности ВВ

Показатели Тип ВВ

1 2 3 4 5

Затраты на бурение СБ, руб/м3 4,08 4,29 4,51 4,61 3,94

Затраты на ВВ СВВ, руб/м3 8,12 5,28 3,53 4,99 6,08

Затраты на бурение и ВВ Со, руб/м3 12,20 9,57 8,04 9,60 10,02

Экономическая эффективность Ээ, кДж/руб 37,5 47,9 57,0 47,7 45,7