Прогнозирование гранулометрического состава взорванной горной массы Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

9. Кузнецов В.А., Ситник В.А. Регулирование степени дробления долери-тов при взрывной отбойке. "Энергетическое строительство", 1969, № 6, с. 50-53.

|— Коротко об авторах-

Кузнецов В.А. - Московский государственный горный университет.

--© В.К. Угольников, П.С. Симонов,

Н.В. Угольников, 2007

В.К. Угольников, П.С. Симонов, Н.В. Угольников

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ВЗОРВАННОЙ ГОРНОЙ МАССЫ

Одной из основных задач ведения взрывных работ на карьерах является разработка метода проектирования рациональных параметров массовых взрывов, обеспечивающих максимальное использование энергии взрыва зарядов ВВ на дробление и достижение требуемой степени и качества дробления горных пород.

Результаты взрывных работ зависят от свойств взрываемого массива и технологии и параметров взрывных работ. Основными характеристиками пород, подвергающимся взрывному разрушению являются крепость и трещинова-тость.

При оценке трещиноватости массива горных пород наибольшее распространение получил геометрический метод, заключающийся в непосредственном подсчете количества трещин, приходящихся на единицу длины. Степень трещиноватости массива горных пород характеризуется средним расстоянием между трещинами и содержанием в массиве от-дельностей размером +300, +700, +1000 мм. На основании этих признаков предложена классификация скальных пород по степени трещиноватости и содержанию крупных кусков [1].

Оценка гранулометрического состава горной массы производилась фотолинейным методом до и после взрыва, а для описания использован логарифмически нормальный за-

65

кон распределения, который характеризуется логарифмической дисперсией и средним размером куска

(1п х - 1п х)

ф(х

2в

й 1п х ,

(1)

где Ф(х) - доля кусков размером меньше х, %; х - средний геометрический размер куска горной массы, м; р - логарифмическая дисперсия, в = 1п^д ■

Проверка соответствия опытных данных уравнению кривой логарифмически нормального распределения облегчается применением прямоугольных координат, в которых по оси абсцисс откладываются диаметры частиц в логарифмическом масштабе, по оси ординат наносятся суммарные выходы в масштабе, основанном на интеграле функции распределения вероятности. Такая сетка носит название логарифмически вероятностной системы координат.

Если данное распределение удовлетворяет логарифмически нормальному закону, то кумулятивные выходы частиц мельче диаметра х, нанесенные в логарифмически вероятностных координатах, попадут на прямую линию.

Таким образом, проверка применимости логарифмически нормального закона чрезвычайно упрощается. Определение хд и сд, характеризующих все распределения, графически производится предельно просто.

Так как в логарифмически вероятностной системе распределение диаметра становится симметричным, то значение х, соответствующее 50% выхода, дает хд. Связь хд с Ьср представлена уравнением

= х„в

0,5 р2

м

(2)

Среднеквадратичное отклонение от среднегеометрического размера куска можно определить по формуле

в = о%а, (3)

где а - угол, образованный прямой с положительным направлением оси !пх.

66

Анализ гранулометрического состава на карьерах Южного Урала показал, что распределение размеров кусков взорванной горной массы подчиняется полному или усеченному логарифмически нормальному закону (рис. 1) в широком диапазоне изменения параметров взрывной отбойки, а логарифмическая дисперсия изменяется от 0,58 до 1,7.

Характер графиков, построенных по суммарным процентам в логарифмически вероятностной системе координат, показывает, что для пород первой категории трещиноватости распределение одномодальное с логарифмической дисперсией 0,58-0,7. Для пород второй и третьей категорий трехмо-дальное, причем характерной и наиболее представительной является

Рис. 1. Распределение гранулометрического состава горной массы:

1 - породы первой категории трещиноватости, 2 - породы второй и третьей категории трещиноватости, 3 - породы четвертой категории трещиноватости

зона II с логарифмической дисперсией 0,7-1,19, для пород четвертой категории двухмодальное, характеризуемое зоной I' с логарифмической дисперсией 1,19-1,7.

67

Таким образом, логарифмическая дисперсия определяется трещиноватостью массива и является характеристикой наличия классов крупности в общей совокупности кусков.

Исследованиями установлено, что логарифмическая дисперсия распределения гранулометрического состава остается постоянной до и после взрыва, определяется физическими свойствами пород массива, не зависит от параметров взрывных работ и является инвариантной характеристикой кусковатости горных пород.

При взрывном разрушении изменяется лишь средний геометрический размер куска, а распределение кусков по крупности в естественном состоянии предопределяет подобное распределение фракций во взорванной горной массе.

у = а- ас2р +А- аср + с, (4)

где а, Л , со - эмпирические коэффициенты табл. 1.

Таблица 1

Значения эмпирических коэффициентов для категорий по трещиноватости

а Л со

II III IV II III IV II III IV

+ 0,3 -62 -94 -4,8 210 177 111 -16,4 -10 -3,1

+ 0,7 107 55 6,5 -17 12 30 0,9 -1,3 -1,9

+ 1,0 48 21 23 -9,5 8,6 7,5 0,5 -1,1 -0,1

68

13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2

1

0

0 0,1 0,2 03 0,4 05 0,6 с1ср,М Рис. 2. Зависимость выхода во взорванной горной породе фракций +

700 мм от среднего размера куска: 1 - при логарифмической дисперсии 0,8; 2 - при логарифмической дисперсии 1; 3 - при логарифмической дис-

персии 1,32

Для оценки дробящего действия взрыва возможно использование показателя степени дробления горных пород -соотношение средних размеров куска до и после взрывного разрушения, что идентично отношению площади суммарной поверхности отдельностей разрушаемого объема к суммарной площади вновь образованной поверхности.

7 = Бе / ёе, (5)

где Бе - средний размер отдельности в массиве до взрыва, м; ёе - средний размер куска взорванной горной массы, м. а)

69

б)

Рис. 3. Изменение КПД взрывного дробления от приведенной ЛНС (а) и сетки скважин (б)

В процессе исследований, проводимых на карьерах, установлено, что максимальная степень дробления пород I категории по трещиноватости не превышает 1,5; II - 2,2; а III составляет порядка 4-5. Причем, чем менее трещиноват массив

70

горных пород, тем выше степень и КПД взрывного дробления.

Анализ результатов экспериментальных взрывов позволил установить зависимость КПД взрывного дробления (п)

от приведенной к массе заряда ВВ ЛНС (Ж = ж/ з^/<2) (рис. 3 а) и параметра сетки скважин (S = б/ з^) (рис. 3 б). Параметр сетки скважин определяется по зависимости

Б = 4аЬ, (6)

где а - расстояние между скважинами в ряду, м; Ь - расстояние между рядами скважин, м.

Исследования, проведенные на ряде карьеров, позволили установить, что максимальное использование энергии взрыва зарядов ВВ на дробление массива горных пород достигается при определенных значениях, приведенных к массе заряда ВВ, параметров сетки скважин и ЛНС, которые являются величинами инвариантными для данного месторождения и зависят от крепости и блочности массива горных пород.

Аналогичные исследования, проведенные на ряде карьеров Южного Урала, позволили установить приведенные параметры, обеспечивающие достижение максимального использования энергии взрыва заряда ВВ на дробление горных пород (табл. 2).

Производство взрывных работ при ж и Б, отличающихся от рациональных, приводит к снижению доли энергии взрыва заряда ВВ, используемой на дробление массива горных пород. Таким образом, значительное увеличение удельного расхода ВВ не приводит пропорциональному росту степени дробления горных пород и не позволяет резко улучшить качество дробления пород взрывом.

В результате экспериментальных исследований установлены зависимости изменения приведенных сетки скважинных зарядов и ЛНС от блочности массива горных пород, которые описываются следующими выражениями:

Б = А • Бе + В, (7)

71

Ж = СБе + ^ ,

(8)

где Бе - средний размер куска естественной отдельности в массиве, м; А,В,С,Р - эмпирические коэффициенты (табл. 3).

Таблица 2

Рациональные приведенные параметры

Карьеры и ка- Рациональные при- Максимальное Средний размер

тегории пород веденные парамет- значение КПД куска взорван-

по взрывае- ры взрывного ной горной мас-

мости Ж, м/кг ^, м/кг дробления, % сы, м

Малый Куйбас АО ММК

I категория 0,92 0,77 3,0 0,14-0,20

II категория 1,00 0,79 7,0 - 9,0 0,13-0,27

III категория 1,08 0,81 16,0 - 18,0 0,15-0,25

Бакр-Тау (БМСК)

I категория 0,92 0,75 3,0 0,12-0,15

II категория 1,00 0,79 7,0 - 9,0 0,18-0,20

III категория 1,08 0,83 16,0 - 18,0 0,20-0,25

Худолазский (БМСК)

I категория 0,95 0,85 2,5 - 4,0 0,15-0,18

II категория 1,02 0,95 8,0 - 10,0 0,19-0,21

III категория 1,10 1,05 12,0 -14,0 0,22-0,25

Таблица 3

Значения эмпирических коэффициентов

Карьер А В С

Малый Куйбас 0,14 0,74 0,5 0,775

Бакр-Тау 0,32 0,65 0,5 0,852

Худолазский 0,51 0,75 0,6 0,781

Таким образом, при проектировании параметров БВР необходимо оценить трещиноватость взрываемого массива и распределение отдельностей слагающих массив по классам крупности. Используя зависимости (7) и (8) определить рациональные параметры ЛСПП и сетки скважин, которые обеспечат максимальное использование энергии взрыва на дробление, а по зависимости (4) для требуемой степени дробления выход классов крупности, для прогнозируемого куска взорванной горной породы.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

72

1. Временная классификация горных пород по степени трещиновато-сти в массиве: Информ. вып. №199. М., 1968, 20 с.

|— Коротко об авторах

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

- © В.К. Угольников, С.Е. Гавришев,

Н.В. Угольников, 2007

В.К. Угольников, С.Е. Гавришев, Н.В. Угольников

ВЛИЯНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ГОРНОЙ МАССЫ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЭКСКАВАТОРОВ

П р

ри разрушении горных пород взрывом образуются совокупности кусков разнообразных форм и размеров. Качество взрывного дробления оценивается разнообразными показателями, которые характеризуют единичный кусок, отдельные фракции и совокупность кусков в целом.

В настоящее время к качеству дробления горных пород взрывом предъявляются повышенные требования, которые заключаются в получении кусковатости, отвечающей условиям эффективного использования добычного оборудования.

Сменная производительность экскаватора определяется из [1] по формуле

Н = 3600 Е Т К

П экс ~ + см' ^и '

'ц

3

где Е - емкость ковша экскаватора, м3; 1ц - время цикла, с; Тсм - продолжительность смены, ч; Ки - коэффициент использования экскаватора во времени.

Таким образом, производительность погрузки зависит от продолжительности цикла, технических характеристик и организации работ.

Продолжительность цикла складывается из времени черпанья, разгрузки и поворота. Время разгрузки и поворота

73